2983 精軋機(jī)換輥小車設(shè)計(jì),軋機(jī),小車,設(shè)計(jì) I精軋機(jī)換輥小車的設(shè)計(jì)摘 要本文敘述了鞍鋼 2150 熱軋板帶鋼生產(chǎn)線精軋機(jī)換輥小車的設(shè)計(jì)情況,輥系小車的驅(qū)動(dòng)方式原為鏈條拖動(dòng)和液壓缸驅(qū)動(dòng)的棘輪機(jī)構(gòu)共同作用,步驟煩瑣,換輥時(shí)間長,改為動(dòng)力小車直接驅(qū)動(dòng)后,縮短了換輥時(shí)間,提高生產(chǎn)效率。本文概述了換輥小車的國內(nèi)外發(fā)展情況及其發(fā)展方向。主要進(jìn)行 PC 軋機(jī)換輥小車的設(shè)計(jì)。利用電機(jī)提供動(dòng)力，使減速器輸出軸上的鏈輪在固定鏈條上滾動(dòng)，從而使小車在軌道上運(yùn)動(dòng)。利用液壓缸使拉出鉤繞銷軸轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)行掛鉤或推鉤，從而使工作輥拉出或推進(jìn)。最終實(shí)現(xiàn)換輥工作。在設(shè)計(jì)過程中進(jìn)行了換輥小車的傳動(dòng)方案、工作原理、潤滑及環(huán)保與經(jīng)濟(jì)性分析，重點(diǎn)進(jìn)行換輥小車的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、工作參數(shù)的選擇、電動(dòng)機(jī)的選擇及計(jì)算，設(shè)計(jì)中主要零部件的計(jì)算及校核。在參閱相關(guān)資料并借鑒前人經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，通過對換輥小車的設(shè)計(jì)及分析，各項(xiàng)技術(shù)均滿足要求，本設(shè)計(jì)具有一定的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。關(guān)鍵詞：換輥；輥系小車；鏈條；棘輪機(jī)構(gòu)；動(dòng)力小車IIABSTRACTIn this paper, the rolling car design of finishing mill on Anshan steel 2150 hot-rolled strip steel plate production line was presented. According original designed, roll changing car was moved by a chain system and a ratchet system. The process was too complicated and it spends a lot of time on roller changing. After it was redesigned, roller changing time was shortened and efficiency was highly improved. This paper outlines the development of domestic and international situation of the rolling car and its development direction. I mainly designed rolling car for PC main roller mill. It used motor to provide electrical power so that sprocket on the output shaft of reducer can roll on the sprocket fixed chain. So rolling car could move along the orbit. It uses hydraulic cylinders to pull hook around the pin rotation, or push or pull hook, so that pulled out or push in the work roll. Rollers changed work could be eventually realized. In the process of designing a car, the driven scheme design, working principle statement, lubrication and environmental protection and economic analysis have been done. The paper mainly focuses on the structural design of car, the choice of motor and working parameters, the calculation and verification of the main components.On the basis of consulting the relevant materials and using forefathers' experience for reference, through the design and analysis of rolling car, every indicators reaches the demands, this design has a certain value in actual using. KEYWORDS：Roll changing；Car of roll set ；Chain；Ratchet system；Driving car III1目 錄摘 要 ..................................................................................................................................................IABSTRACT..................................................................................................................................II第 1 章 緒論 ....................................................................................................................................11.1 換輥小車的概述 ....................................................................................................................11.1.1 換輥小車的用途 .........................................................................................................11.1.2 換輥小車的類型 .........................................................................................................11.1.3 換輥小車的動(dòng)力結(jié)構(gòu) ................................................................................................21.2 國內(nèi)外對換輥小車的研究 ................................................................................................31.3 課題的背景及意義 ...............................................................................................................51.4 本文主要研究工作 ...............................................................................................................6第 2 章 總體方案設(shè)計(jì)與選擇 .............................................................................................82.1 換輥小車的驅(qū)動(dòng)方案設(shè)計(jì)與選擇 ...................................................................................82.1.1 傳動(dòng)方案設(shè)計(jì) ...............................................................................................................82.1.2 電機(jī)的選擇 ....................................................................................................................92.2 鏈輪與液壓缸的選擇 ...........................................................................................................92.2.1 鏈輪的選擇 ....................................................................................................................92.2.2 液壓缸的選擇 ...............................................................................................................92.3 本章小結(jié) ................................................................................................................................10第 3 章 傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 ...........................................................................................113.1 原始數(shù)據(jù) ................................................................................................................................113.2 換輥小車所需驅(qū)動(dòng)力計(jì)算 ...............................................................................................113.3 電機(jī)的選擇 ...........................................................................................................................123.3.1 選擇電機(jī)的結(jié)構(gòu)形式 ...............................................................................................123.3.2 選擇電機(jī)的容量 ........................................................................................................123.3.3 電機(jī)的校核 ..................................................................................................................133.4 確定傳動(dòng)裝置的總傳動(dòng)比和分配傳動(dòng)比 ..................................................................143.4.1 傳動(dòng)裝置總傳動(dòng)比 ...................................................................................................1423.4.2 分配減速器的各級(jí)傳動(dòng)比 .....................................................................................143.4.3 各軸的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù) ..........................................................................................143.5 本章小結(jié) ................................................................................................................................15第 4 章 主要零部件的選擇、設(shè)計(jì)和校核 ...............................................................164.1 蝸輪蝸桿的設(shè)計(jì)與校核 ...................................................................................................164.1.1 選擇蝸桿傳動(dòng)類型 ...................................................................................................164.1.2 選擇材料 .......................................................................................................................164.1.3 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì) ...........................................................................164.1.4 蝸桿與蝸輪主要幾何尺寸計(jì)算 ...........................................................................184.2 齒輪的設(shè)計(jì)與校核(一) ...................................................................................................204.2.1 選定齒輪類型、精度等級(jí)、材料及齒數(shù) ........................................................204.2.2 按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì) ...............................................................................................204.2.3 按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì) ...............................................................................................234.2.4. 幾何尺寸計(jì)算 .........................................................................................................244.3 齒輪的設(shè)計(jì)與校核(二) ...................................................................................................254.3.1 選定齒輪類型、精度等級(jí)、材料及齒數(shù) ........................................................254.3.2 按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì) ...............................................................................................254.3.3 按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì) ...............................................................................................284.3.4. 幾何尺寸計(jì)算 .........................................................................................................294.4 軸的設(shè)計(jì)及其校核 ............................................................................................................304.4.1 選擇軸的材料并確定其機(jī)械性能 .....................................................................304.4.2 軸上的功率 4P,轉(zhuǎn)速 4n和轉(zhuǎn)矩 4T見(3.4.3) ...............................................304.4.3 求作用在齒輪上的力 .............................................................................................304.4.4 初步確定軸的最小直徑 .........................................................................................314.4.5 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ............................................................................................................314.4.6 求軸上的載荷 ............................................................................................................324.4.7 按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度 ..........................................................................344.4.8 精確校核軸的疲勞強(qiáng)度 .........................................................................................354.5 滾動(dòng)軸承的選擇及其壽命計(jì)算 ....................................................................................394.5.1 滾動(dòng)軸承的選擇 .......................................................................................................394.5.2 滾動(dòng)軸承的壽命計(jì)算 .............................................................................................394.5.3 滾動(dòng)軸承裝置的設(shè)計(jì) .............................................................................................414.6 聯(lián)接電機(jī)與減速器的聯(lián)軸器選擇 ................................................................................414.6.1 類型選擇 .......................................................................................................................414.6.2 載荷計(jì)算 .......................................................................................................................424.6.3 型號(hào)選擇 .......................................................................................................................424.7 鍵聯(lián)接的選擇及強(qiáng)度校核 ..............................................................................................434.7.1 鍵聯(lián)接的功能及結(jié)構(gòu)型式 ....................................................................................434.7.2 鍵的選擇和鍵聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算 ..........................................................................434.8 花鍵聯(lián)接的選擇及強(qiáng)度校核 ..........................................................................................444.8.1 花鍵的選擇 ..................................................................................................................4434.8.2 校核花鍵聯(lián)接的強(qiáng)度 ...............................................................................................444.9 鏈輪鏈條的選擇 ..................................................................................................................454.9.1 鏈條的選擇 ..................................................................................................................454.9.2 鏈輪的選擇 ..................................................................................................................454.10 液壓缸選擇 .........................................................................................................................474.10.1 供油壓力 sp的選擇 ................................................................................................474.10.2 計(jì)算負(fù)載力 ...............................................................................................................474.10.3 計(jì)算液壓缸主要結(jié)構(gòu)參數(shù) ...................................................................................484.11 本章小結(jié) ..............................................................................................................................49第 5 章 潤滑方法的選擇 ......................................................................................................505.1 潤滑 ..........................................................................................................................................505.1.1 齒輪 ................................................................................................................................505.1.2 軸承 ................................................................................................................................505.1.3 減速器 ...........................................................................................................................505.2 添加劑 .....................................................................................................................................505.3 潤滑方法 ................................................................................................................................515.4 本章小結(jié) ................................................................................................................................51結(jié) 論 ................................................................................................................................................57參考文獻(xiàn) ..........................................................................................................................................58致 謝 ...................................................................................................................................................601第 1 章 緒論軋輥磨損后,幾何尺寸和輥型都將發(fā)生變化。為了保證軋材質(zhì)量，必須及時(shí)更換軋輥。軋制速度的提高，加速了軋輥的磨損，使軋輥的更換次數(shù)愈來愈頻繁。一般帶鋼熱連軋機(jī)粗軋機(jī)工作輥每隔 3-7 天需更換一次，支撐輥每隔 15-30 天更換一次；精軋機(jī)的工作輥大約 3-8 小時(shí)需更換一次，支撐輥 7-15 天更換一次；帶鋼冷連軋機(jī)的工作輥至少每班要更換一次，支撐輥大約 7-15 天更換一次?？s短換輥時(shí)間有利于保證產(chǎn)品質(zhì)量、減少停機(jī)時(shí)間、提高軋機(jī)作業(yè)率、增加產(chǎn)量和降低成本，因此，近年來換輥裝置有了很大發(fā)展。1.1 換輥小車的概述1.1.1 換輥小車的用途在軋鋼生產(chǎn)中，為了確保軋材的質(zhì)量要求，當(dāng)軋輥被磨損、破壞及產(chǎn)品規(guī)格品種更換時(shí)，都應(yīng)及時(shí)地通過換輥小車把軋輥更換掉，以滿足軋材的質(zhì)量與品種規(guī)格要求。根據(jù)不同的工作條件，換輥小車可以分為多種類型。1.1.2 換輥小車的類型板帶軋機(jī)所采用的工作輥換輥裝置種類繁多,其中換輥小車可分為推拉式電動(dòng)換輥小車和液壓式換輥小車等等。推拉式電動(dòng)換輥小車:熱連軋精軋機(jī)采用的換輥小車由一臺(tái)直流電動(dòng)機(jī)、經(jīng)離合器、減速器及鏈輪，與固定在兩軌道中間鋪板上的固定鏈條相嚙合，從而驅(qū)動(dòng)小車在軌道上前后移動(dòng)。小車上裝有氣動(dòng)鎖鉤，用來鉤掛工作輥軸承座。并設(shè)有導(dǎo)向輪，起側(cè)面導(dǎo)向作用。液壓式換輥小車:v 工作輥組的掛鉤和脫鉤裝置包括換輥液壓缸活塞桿前端的掛鉤和換輥車上的脫鉤裝置兩部分。掛鉤前，活塞桿帶著掛鉤處于中間位置。2橫移小車帶著新工作輥組橫移到換輥位置，推拉機(jī)構(gòu)活塞桿推著掛鉤前進(jìn)，隨動(dòng)輪與曲臂頂面接觸而使掛鉤頭部抬起。然后，脫鉤裝置的電液推進(jìn)器退回，曲臂下降，掛鉤頭部下落，構(gòu)住軸承座上的凸塊。脫鉤的過程與上述掛鉤過程相反。1.1.3 換輥小車的動(dòng)力結(jié)構(gòu)下面以推拉式換輥小車為例，對換輥小車的結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡單的分析。換輥小車的結(jié)構(gòu)如圖 1.1 所示，主要由電機(jī)減速器、驅(qū)動(dòng)鏈輪、固定鏈條、車輪軌道及接頭等幾部分組成。電機(jī)減速器：它是換輥小車的驅(qū)動(dòng)減速裝置，它由電機(jī)和減速器兩部分組成。電機(jī)給換輥小車提供動(dòng)力,使換輥小車能夠在鏈條軌道上運(yùn)動(dòng)。減速器控制換輥小車的運(yùn)行速度,使換輥小車按照換輥的要求運(yùn)動(dòng)。驅(qū)動(dòng)鏈輪：該鏈輪安裝在減速器的輸出軸上，通過驅(qū)動(dòng)裝置使驅(qū)動(dòng)鏈輪轉(zhuǎn)動(dòng)，使其在固定鏈條上滾動(dòng)，從而使換輥小車在軌道上往復(fù)運(yùn)動(dòng)。固定鏈條：此鏈條固定在兩車輪軌道中間的鋪板上,驅(qū)動(dòng)鏈輪在其上面滾動(dòng),使換輥小車按照規(guī)定的方向運(yùn)動(dòng)。圖 1.1 換輥小車結(jié)構(gòu)簡圖車輪軌道：換輥小車上的四個(gè)小車輪在此軌道上運(yùn)動(dòng),該軌道承載著小車和支撐輥的全部重量。接頭：又稱氣動(dòng)鎖鉤。在液壓裝置的驅(qū)動(dòng)下可以饒著固定軸上下?lián)Q位，來推（拉）工作輥軸承座，進(jìn)行換輥。推拉式換輥小車的結(jié)構(gòu)簡單，安裝和維護(hù)比較方便。正確的選擇固定鏈輪及固定鏈條，能適當(dāng)延長鏈輪配合的壽命。因此，推拉式換輥小車得到了比較3廣泛的應(yīng)用。1.2 國內(nèi)外對換輥小車的研究目前，隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展以及考慮到對能源的節(jié)省利用、對生產(chǎn)成本的降低等因素的影響，國內(nèi)外大部分的鋼鐵公司也正不斷的對換輥小車的技術(shù)性能和結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行改進(jìn)。使其結(jié)構(gòu)更加合理，安裝更加方便，費(fèi)用更加低廉。近幾年來，各國政府對鋼鐵企業(yè)給予了高度的重視和基金的資助。目前，國內(nèi)對換輥小車所進(jìn)行的研究僅限于對傳統(tǒng)的行進(jìn)機(jī)構(gòu)的改造，而只有少數(shù)的企業(yè)對換輥小車的驅(qū)動(dòng)裝置進(jìn)行根本的改造。萊鋼大型型鋼生產(chǎn)線粗軋機(jī)及其換輥裝置由德國公司設(shè)計(jì)，經(jīng)國內(nèi)轉(zhuǎn)化于 2005 年 9 月投入生產(chǎn)，換輥采用整體換輥方式。換輥系統(tǒng)的輥系小車驅(qū)動(dòng)裝置由兩部分組成，一是鏈?zhǔn)揭扑脱b置，二是液壓缸驅(qū)動(dòng)的步進(jìn)裝置。 換輥過程是這樣的：新輥系在軋輥跨裝配完成后，通過鏈?zhǔn)揭扑脱b置運(yùn)送到軋線跨的橫移平臺(tái)上。停車換輥時(shí)，首先由液壓缸驅(qū)動(dòng)的步進(jìn)裝置將舊輥系從軋機(jī)牌坊中拉出至橫移平臺(tái)，這樣橫移平臺(tái)上就有了一新一舊兩套輥系，然后橫移平臺(tái)橫移，新舊輥系換位， 使新輥系位于軋機(jī)牌坊的軸向窗口。然后液壓缸再動(dòng)作， 將新輥系一步一步送入軋機(jī)。液壓缸活塞桿全程伸縮一次，步進(jìn)裝置前進(jìn)一個(gè)步長，輥系進(jìn)出軋機(jī)一次分別要 8 步完成，手動(dòng)操作約需 45 分鐘。嚴(yán)重滯后于精軋機(jī)的換輥（約 20 分鐘） ，這樣整條生產(chǎn)線的軋機(jī)換輥時(shí)間就不能實(shí)現(xiàn)同步，有“短板”存在。實(shí)踐證明該設(shè)計(jì)思想落后，步驟繁瑣，該問題成為制約生產(chǎn)的一個(gè)瓶頸。分別見圖 1 和圖 2 所示。圖 1.2 輥系小車驅(qū)動(dòng)裝置示意圖4圖 1.3 步進(jìn)裝置驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖因此需設(shè)計(jì)一種動(dòng)力裝置來代替現(xiàn)在的鏈?zhǔn)揭扑脱b置，使其能夠越過橫移平臺(tái)，盡量靠近軋機(jī)，減少步進(jìn)小車的動(dòng)作步數(shù)，從而從根本上節(jié)省換輥時(shí)間。最終確定采用動(dòng)力小車形式來直接推動(dòng)（拉動(dòng)）系小車由軋輥準(zhǔn)備間到橫移平臺(tái)及軋機(jī)牌坊，取消鏈?zhǔn)捷斔脱b置。動(dòng)力小車上的電機(jī)經(jīng)減速機(jī)傳動(dòng)，帶動(dòng)小車輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)，輪軸上的鏈輪與固定在地面上的鏈條相嚙合，從而產(chǎn)生一個(gè)推力或拉力，推動(dòng)或拉動(dòng)輥系小車運(yùn)動(dòng)。橫移平臺(tái)上的兩個(gè)輥系小車?？课恢靡卜謩e安裝上分段鏈條，與前面安裝在地面底板上的鏈條相連接，這樣，動(dòng)力小車能夠直接到達(dá)橫移平臺(tái)上，從而將輥系小車?yán)^續(xù)向前推進(jìn)一段距離，減少步進(jìn)小車的動(dòng)作距離，縮短換輥時(shí)間。然而，國外對換輥小車的改造重點(diǎn)是減少人力，提高效率。將原有的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)改制成液壓驅(qū)動(dòng),并且不斷的對液壓系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)。1997 年年初，芬蘭的奧托昆普廠對其三套 20 輥軋機(jī)中的第一臺(tái) 20 輥軋機(jī)進(jìn)行改造,包括更新全部液壓設(shè)備和機(jī)械設(shè)備的主要部分。軋機(jī)壓下、凸度調(diào)整和第一中間輥軸向移動(dòng)全部軋機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)都裝備了直接作用的液壓缸，使用伺服閥在軋制過程中進(jìn)行快速而精確的控制。在傳動(dòng)側(cè)和操作側(cè)，所有的軋輥和支撐輥現(xiàn)在都通過液壓缸定位。第一中間輥軸向移動(dòng)。第一中間輥軸向移動(dòng)系統(tǒng)位于軋機(jī)的傳動(dòng)側(cè)，見圖 1.4。第一中間輥的調(diào)整桿和連軸器(軸承箱)之間的連接是自動(dòng)的。液壓定位裝置允許換輥小車的自動(dòng)化系統(tǒng)通過小窗口直接裝輥或抽輥。不再需要人工操作。5圖 1.4 第一中間輥軸向移動(dòng)系統(tǒng)新的換輥小車用于自動(dòng)更換工作輥和第一中間輥。它能裝載 2 套 4 根 1 套的第一中間輥和 2 套 6 根 1 套的工作輥。軋機(jī)的操作人員的工作只限于將自動(dòng)控制系統(tǒng)啟動(dòng)，而不需 要其他的人為操作。液壓動(dòng)力系統(tǒng)和帶有所有控制模塊的電氣控制箱都安裝在小車上，電纜繞在線盤上，因而它成為一個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng) 。1.3 課題的背景及意義在我國國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展中鋼鐵企業(yè)的發(fā)展起著舉足輕重的作用。它的發(fā)展直接關(guān)系到冶金企業(yè)的發(fā)展。因此，近幾年來，鋼鐵企業(yè)的發(fā)展一直是我國較關(guān)注的事情之一。自 20 世紀(jì)初，特別是 20 世紀(jì) 50 年代之后冶金工業(yè)的飛速發(fā)展，對人類社會(huì)產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響?，F(xiàn)今，冶金行業(yè)日益加劇的全球化競爭和兼并，促使了市場對冶金機(jī)械的性能要求越來越高。因此，從鋼鐵生產(chǎn)流程的總體高度上考慮如何提高生產(chǎn)率、縮短生產(chǎn)時(shí)間、提高鋼鐵產(chǎn)量和質(zhì)量成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。換輥小車是用來將工作輥推進(jìn)或拉出機(jī)架的一種冶金機(jī)械輔助設(shè)備，它的突出優(yōu)點(diǎn)是：可大幅度的降低勞動(dòng)強(qiáng)度；提高人為作業(yè)的工作環(huán)境；節(jié)省能源消耗；節(jié)約人力；降低勞動(dòng)成本等。換輥小車將給冶金工業(yè)帶來顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。基于換輥小車的上述優(yōu)點(diǎn)，目前各大鋼鐵企業(yè)及科研單位院校對換輥小車這一輔助設(shè)備也進(jìn)行了深入的研究和開發(fā)。雖然現(xiàn)在我國冶金業(yè)的發(fā)展已經(jīng)日趨成熟，冶金機(jī)械也較以前有了較大的提高。但是與先進(jìn)水平相比，我國的技術(shù)改造能力和創(chuàng)新能力都存在著較大的6差距。目前，重點(diǎn)應(yīng)該是把從國外進(jìn)口的冶金設(shè)備進(jìn)行國產(chǎn)化，并對其性能壽命和可靠度等方面在技術(shù)創(chuàng)新的基礎(chǔ)上進(jìn)一步的提高。并在新的形勢下為提高我國冶金機(jī)械的發(fā)展做出新的貢獻(xiàn)。1.4 本文主要研究工作本畢業(yè)設(shè)計(jì)課題研究的目的是基于鞍鋼三鋼軋廠 2150 精軋機(jī)換輥小車設(shè)計(jì)研究的基礎(chǔ)上，通過對結(jié)構(gòu)和性能的分析進(jìn)行設(shè)計(jì)并進(jìn)一步的對其進(jìn)行改進(jìn)，從而提高工作效率。本畢業(yè)設(shè)計(jì)主要設(shè)計(jì)研究的內(nèi)容包括如下，其設(shè)計(jì)內(nèi)容結(jié)構(gòu)圖如圖 1.5 所示；1.對推拉式換輥小車傳動(dòng)方案的擬訂并進(jìn)行優(yōu)化選擇。通過對各種方案的比較選擇一個(gè)最佳的傳動(dòng)方案進(jìn)行設(shè)計(jì)。2.對所設(shè)計(jì)機(jī)械的電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)選擇，并對其進(jìn)行校核，確定所選擇的電動(dòng)機(jī)能滿足特定的工況。3.對推拉式換輥小車的零、部件進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。并對其中的重要零、部件進(jìn)行校核計(jì)算。確保換輥小車在工作中安全、可靠。4.對所設(shè)計(jì)的推拉式換輥小車進(jìn)行環(huán)保性和經(jīng)濟(jì)性的分析。確保所設(shè)計(jì)的設(shè)備對環(huán)境產(chǎn)生較少的污染危害，以較少的投入得到較大的。圖 1.5 設(shè)計(jì)內(nèi)容結(jié)構(gòu)圖7第 2 章 總體方案設(shè)計(jì)與選擇2.1 換輥小車的驅(qū)動(dòng)方案設(shè)計(jì)與選擇換輥小車的驅(qū)動(dòng)裝置一般由電動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)部分及固定輪等幾部分組成。傳動(dòng)部分可以采用皮帶傳動(dòng)或是減速器傳動(dòng)。采用皮帶傳動(dòng)裝置便于制造，并且成本十分的低廉，但是如果機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比過大時(shí)，則容易造成其外形尺寸較大，結(jié)構(gòu)不夠緊湊，占地面積較大。因此較少被采用。使用減速器可以采用蝸輪蝸桿傳動(dòng)或是齒輪傳動(dòng)的減速器。齒輪傳動(dòng)的減速器具有體積小，占地面積小，重量輕，壽命長，速比大，傳動(dòng)效率高及布置緊湊等特點(diǎn)。蝸輪蝸桿傳動(dòng)的減速器嚙合齒對較多，故沖擊載荷小，傳動(dòng)平穩(wěn)，噪聲低。由于本設(shè)計(jì)為了布置緊湊，把電機(jī)放在減速器上端，需要改變傳遞方向。所以，采用三級(jí)齒輪-蝸桿減速器。2.1.1 傳動(dòng)方案設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)綜合各種傳動(dòng)裝置的特點(diǎn)，針對其設(shè)計(jì)實(shí)際出發(fā)，決定采用三級(jí)齒輪-蝸桿減速器傳動(dòng)的方案。第一級(jí)傳動(dòng)采用蝸輪蝸桿傳動(dòng)，第二、三級(jí)傳動(dòng)采用斜齒輪傳動(dòng)，這樣即改變了傳動(dòng)方向，又使傳動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)布置緊湊且能有效地提高傳動(dòng)效率。其中對減速器的各部件進(jìn)行選擇、設(shè)計(jì)和校核。方案圖如圖 2.1 所示1.電動(dòng)機(jī) 2.聯(lián)軸器 3. 三級(jí)齒輪-蝸桿減速器 4.驅(qū)動(dòng)鏈輪 圖 2.1 總體方案圖82.1.2 電機(jī)的選擇電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)型式按其安裝位置的不同可分為臥式與立式兩種。臥式電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)軸是水平安放，立式電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)軸則與地面垂直，二者軸承不同，不能混用。換滾小車的電動(dòng)機(jī)經(jīng)常啟動(dòng)、制動(dòng)及反轉(zhuǎn)，但過渡過程的持續(xù)時(shí)間對生產(chǎn)率影響不大。此時(shí)除考慮初期投資外，主要根據(jù)過渡過程能量損耗最小的條件來選擇傳動(dòng)比及電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速。故本設(shè)計(jì)選用能夠經(jīng)常啟動(dòng)、制動(dòng)及反轉(zhuǎn)的 YZR 系列電動(dòng)機(jī)為換輥小車提供動(dòng)力。2.2 鏈輪與液壓缸的選擇2.2.1 鏈輪的選擇鏈輪由輪齒、輪緣、輪輻和輪轂組成。鏈輪設(shè)計(jì)主要是確定其結(jié)構(gòu)和尺寸，選擇材料和熱處理方法。固定鏈條與鏈輪的嚙合屬于非共軛嚙合，其鏈輪齒形的設(shè)計(jì)比較靈活。在國標(biāo)中沒有規(guī)定具體的鏈輪齒形僅僅規(guī)定了最小和最大齒槽形狀及其極限參數(shù)，實(shí)際齒槽形狀取決于加工輪齒的刀具和加工方法，并應(yīng)使其位于最小和最大齒槽形狀之間。小直徑的鏈輪可制成整體式；中等尺寸的鏈輪可制成孔板式；大直徑的鏈輪，?？蓪X圈用螺栓連接或焊接在輪轂上。鏈輪的基本參數(shù)是配用鏈條的節(jié)距 p。根據(jù)設(shè)計(jì)需要，本設(shè)計(jì)選用小直徑整體式鏈輪。2.2.2 液壓缸的選擇液壓缸是實(shí)現(xiàn)直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)的執(zhí)行裝置，按結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可分為活塞式、柱塞式和組合式三大類；按固定形式的不同可分為缸筒（缸體）固定和活塞桿固定兩種；按作用方式又可分為單作用和雙作用式兩種。在雙作用式液壓缸中，具有兩個(gè)密封的容積空腔，工作時(shí)，壓力油則交替供入液壓缸的兩腔，使缸實(shí)現(xiàn)正反兩個(gè)方向的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。而在單作用式液壓缸中，只有一個(gè)密封的容積空間，壓力油只能供入液壓缸的著一個(gè)腔，使缸實(shí)現(xiàn)單方向運(yùn)動(dòng)，反方向運(yùn)動(dòng)則依靠外力（彈簧力、自重或外部載荷等）來實(shí)現(xiàn)。液壓裝置的工作比較比較平穩(wěn)。液壓傳動(dòng)以液壓油為工作介質(zhì)，油液流動(dòng)過程中有一定的阻尼作用，因而運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性好，沖擊小。液壓傳動(dòng)系統(tǒng)易于實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)。在本設(shè)計(jì)里，由于拉出9鉤負(fù)載較小，且直接拖動(dòng)負(fù)載。故選用簡單的單桿式活塞缸即可。2.3 本章小結(jié)本章主要是對換輥小車驅(qū)動(dòng)方案的設(shè)計(jì)與選擇，包括傳動(dòng)方案設(shè)計(jì)和電機(jī)的選擇，鏈輪與液壓缸的選擇。對傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算，確定傳動(dòng)裝置的總傳動(dòng)比。10第 3 章 傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算3.1 原始數(shù)據(jù)換輥小車重量 ：12154kg1m工作輥重量 ：16700kg （數(shù)量 2）2上工作輥軸承座重量（操作側(cè)） ：3265kg3m上工作輥軸承座重量（傳動(dòng)側(cè)） ：2920kg4下工作輥軸承座重量（操作側(cè)） ：3055kg5下工作輥軸承座重量（傳動(dòng)側(cè)） ：2920kg6m換輥小車走行速度 v：300mm/s重力加速度 g：9.8N/kg3.2 換輥小車所需驅(qū)動(dòng)力計(jì)算123456( )Nmmg????=(12154+2×16700+3265+2920+3055+2920)×9.8 （3.1）=545938.4N 查文獻(xiàn)[2]表 4.2-6，取摩擦系數(shù)（無潤滑劑） 。 0.1??0.154938.10.76FNN?????（3.2）113.3 電機(jī)的選擇3.3.1 選擇電機(jī)的結(jié)構(gòu)形式電動(dòng)機(jī)分交流電動(dòng)機(jī)和直流電動(dòng)機(jī)兩種。由于直流電動(dòng)機(jī)需要直流電源，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，價(jià)格較高，維護(hù)比較不便，因此無特殊需要時(shí)不宜采用。生產(chǎn)單位一般用三相交流電源，因此基本都選用交流電動(dòng)機(jī)。交流電動(dòng)機(jī)有異步電動(dòng)機(jī)和同步電動(dòng)機(jī)兩類。異步電動(dòng)機(jī)有籠型和繞線型兩種。我國新設(shè)計(jì)的 Y 系列三相籠型異步電動(dòng)機(jī)屬于一般用途的全封閉自扇冷電動(dòng)機(jī)，其結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、價(jià)格低廉、維護(hù)方便，適用于不易燃爆、無腐蝕性氣體和無特殊要求的機(jī)械上。而在經(jīng)常起動(dòng)和制動(dòng)和反轉(zhuǎn)的場合，要求電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小和過載能力大，應(yīng)選用起重及冶金用的三相異步電動(dòng)機(jī) YZ（籠型）或YZR（繞線型） 。根據(jù)電源種類，工作條件（溫度、環(huán)境、空間位置尺寸等） ，載荷特點(diǎn)（變化性質(zhì)、大小和過載情況） ，起動(dòng)性能和起動(dòng)、制動(dòng)反轉(zhuǎn)的頻繁程度，轉(zhuǎn)速高低等等確定電機(jī)首選 YZR 型。因?yàn)?YZR 型號(hào)使用于室內(nèi)外多塵環(huán)境及起動(dòng)，逆轉(zhuǎn)次數(shù)頻繁的起重機(jī)械和冶金設(shè)備等。3.3.2 選擇電機(jī)的容量求得工作功率為： /1089.763/245WPFvkw??（3.3）其中：F——換輥小車的工作阻力，N；v——換輥小車驅(qū)動(dòng)鏈輪的線速度， m/s;傳動(dòng)裝置的總效率 0123n?????其中：滾動(dòng)軸承（每對） 0.98鏈輪鏈條（每對） 0.93彈性聯(lián)軸器 0.99斜齒輪（每對） 0.9712蝸輪蝸桿（每對） 0.75根據(jù)總裝配圖可知：從電動(dòng)機(jī)到輸出軸共經(jīng)過一個(gè)聯(lián)軸器，四對滾動(dòng)軸承，經(jīng)過三級(jí)齒輪-蝸輪蝸桿變速，還有一對鏈輪鏈條的效率損失。故 240.9750..980.3.6?????所以 0WP（3.4）= 6.7524= 1kw考慮到過載情況，故選擇額定功率稍大的電機(jī) 查參考文獻(xiàn)[5]表 40-18 選擇電機(jī)額定功率為 ，即電機(jī)型號(hào)為 YZR-250MB-6，其額定轉(zhuǎn)速為45965r/min，重量 559kg。3.3.3 電機(jī)的校核電機(jī)選定后，根據(jù)其工作特點(diǎn)，考慮過載和沖擊，取過載系數(shù) 為 2?Mmax≤ Me?2 Me=2 9550 ?nP0（3.5）=2 9550?9654=890.67 N·mMmax= 總igmd?2= 559 9.8 135 80.?（3.6）=16.3 N·mM—為重錘質(zhì)量；d—為卷筒直徑；g—為重力加速度13i —為總傳動(dòng)比總故 Mmax≤ Me ?過載通過，所以合格。3.4 確定傳動(dòng)裝置的總傳動(dòng)比和分配傳動(dòng)比3.4.1 傳動(dòng)裝置總傳動(dòng)比驅(qū)動(dòng)鏈輪線速度 300 ，初選鏈輪鏈條傳動(dòng)中鏈輪分度圓直徑 D=802msm(3.7)60.3715in82vrnD????139.i式中： ——電動(dòng)機(jī)滿載轉(zhuǎn)速;0n——工作機(jī)主動(dòng)軸轉(zhuǎn)速3.4.2 分配減速器的各級(jí)傳動(dòng)比查文獻(xiàn)[2]表 4.2-9 取蝸輪蝸桿傳動(dòng)比 ，則 ；120.4i?1326.i?取二級(jí)斜齒輪傳動(dòng)比 ，則 。23i?23.5i3.4.3 各軸的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)1.各軸轉(zhuǎn)速：10965minrn?（3.8） 1247.31i0.ri235.minni?143415.7.min2nri?——電動(dòng)機(jī)滿載轉(zhuǎn)速0n2 各軸輸入功率：各連接的效率： 0.75??蝸 .93鏈 0.97??齒 0.98??滾0.9??聯(lián)1041.90.5Pkw??聯(lián)（3.9）2140.597.0982.4P kw???????蝸 齒 滾328..7.51?齒 滾437.5109.324.P kw???????齒 鏈 滾3.各軸輸入轉(zhuǎn)矩：11 .59950401.6PTNmn?（3.10） 22 8.949505173Tn????33 .60PNm?442.3950971Tn????3.5 本章小結(jié)本章主要是對換輥小車驅(qū)動(dòng)方案的設(shè)計(jì)與選擇，包括傳動(dòng)方案設(shè)計(jì)和電機(jī)15的選擇，鏈輪與液壓缸的選擇。對傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算，確定傳動(dòng)裝置的總傳動(dòng)比。16第 4 章 主要零部件的選擇、設(shè)計(jì)和校核4.1 蝸輪蝸桿的設(shè)計(jì)與校核4.1.1 選擇蝸桿傳動(dòng)類型根據(jù) GB/T 10085-1988 的推薦，本設(shè)計(jì)采用漸開線蝸桿（ZI） 。4.1.2 選擇材料根據(jù)庫存材料的情況，并考慮到蝸桿傳動(dòng)傳遞的功率不大，速度只是中等，故蝸桿用 45 鋼；因希望效率高些，耐磨性好些，故蝸桿螺旋齒面要求淬火，硬度為 45～55HRC。蝸輪用鑄錫磷青銅 ZCuSn10P1,金屬模制造。為節(jié)約貴重的有色金屬，僅齒圈用青銅制造，而輪芯用灰鑄鐵 HT100 制造。4.1.3 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)根據(jù)閉式蝸桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，先按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)，再按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)。傳動(dòng)中心距：(4.1) 32≥ ()[]EHZaKT???1.確定作用在蝸輪上的轉(zhuǎn)矩 ：按 ，查文獻(xiàn)[1]