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IV
遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)
鋼卷運(yùn)輸車
摘要
鋼卷運(yùn)輸車是廣泛用于軋鋼生產(chǎn)線上的一種重要的軋鋼輔助設(shè)備，其設(shè)計(jì)特點(diǎn)和工作性能的好壞直接影響到整個(gè)軋鋼生產(chǎn)線的生產(chǎn)效率。它是將卷取機(jī)上的鋼卷運(yùn)輸?shù)酱蚶C(jī)的重要運(yùn)輸設(shè)備，給軋鋼生產(chǎn)帶來了極大的方便。本設(shè)計(jì)主要是對(duì)鋼卷運(yùn)輸車的行走傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和升降機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)和改造。本次設(shè)計(jì)研究的主要內(nèi)容包括總體方案設(shè)計(jì)的選擇、行走機(jī)構(gòu)、升降機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)、主要零部件的設(shè)計(jì)與校核等。在本設(shè)計(jì)中鋼卷運(yùn)輸車的行走機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)方式的選擇了電機(jī)驅(qū)動(dòng)，由于傳動(dòng)比較大，故小車的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)選擇了二級(jí)齒輪蝸輪蝸桿減速器。該減速器有兩個(gè)輸出端通過聯(lián)軸器聯(lián)接驅(qū)動(dòng)車輪軸使車輪轉(zhuǎn)動(dòng)。鋼卷運(yùn)輸車的升降動(dòng)作由液壓缸驅(qū)動(dòng)完成。現(xiàn)如今隨著我國(guó)鋼鐵行業(yè)的迅速發(fā)展，軋鋼生產(chǎn)相關(guān)的設(shè)備也向著高效、簡(jiǎn)單、節(jié)能化發(fā)展。鋼卷運(yùn)輸車在軋鋼實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)方面起到了很大的作用，所以對(duì)于鋼卷運(yùn)輸車的設(shè)計(jì)，既要其安全可靠，也要易于檢修和維護(hù)，適合不同的生產(chǎn)要求同時(shí)也要最大程度的降低成本。國(guó)外該技術(shù)已比較發(fā)達(dá)，我國(guó)在引進(jìn)國(guó)外技術(shù)的同時(shí)也要根據(jù)實(shí)際需要不斷的創(chuàng)新。促進(jìn)我國(guó)軋鋼生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)更加快速的發(fā)展。
關(guān)鍵詞：鋼卷；運(yùn)輸；升降機(jī)構(gòu)；冷軋
The Transport Vehicle Of Rolling Steel
Abstract
The transport vehicle of rolling steel is an important auxiliary equipment which is widely used in rolling mill production line, its design features and work performance has a direct impact on the productivity of the entire rolling line. It is an important transportation equipment which transports steel roll from recoiling machine to bander, which make it convenient to the production of steel rolling. This design is mainly to design and remould the walking and driving mechanism and lifting mechanism of the transport vehicle of rolling steel. The main content of this design research includes the choice of the overall plan of design, traveling mechanism, the design of lifting mechanism and the design of main components’ design and checking and so on. In this design，the drive mode of traveling mechanism of transport vehicle of rolling steel is by motor machine. Because of the tachometer drive ratio is big, I choose two stage gear worm reducer for the small one. The reducer has two output ends which connect the wheels by coupler to make the wheels run. The movement of lifting mechanism is driven by the hydraulic cylinder to complete. Nowadays , with the rapid development of China's iron and steel industry, the related equipment of steel rolling production has efficient, simple, and energy saving development. The transport vehicle has played a big role in achieving automation production , so the design must be safe and reliable, easy to repair and preserve, suitable for different production requirements and also to reduce the cost of the big extent. The technology has been developed in other countries, so we should bring in the foreign technology and also innovate according to our actual need. To promote the steel rolling production for China to achieve more rapid development.
Key words: rolling steel；transport；lifting mechanism；cold rolling
目錄
摘要 I
Abstract II
1 緒論 1
1.1 選題的背景 1
1.2 國(guó)內(nèi)外研究狀況和相關(guān)領(lǐng)域中的研究成果 2
1.3 課題的研究方法 2
1.4 研究的內(nèi)容 3
2 總體方案設(shè)計(jì) 4
2.1 方案設(shè)計(jì) 4
2.2 方案的對(duì)比 4
2.3 方案的確定 5
3 電動(dòng)機(jī)選擇 8
3.1 設(shè)計(jì)參數(shù) 8
3.2 電動(dòng)機(jī)的選擇 8
3.2.1 電機(jī)類型的選擇 8
3.2.2 選擇電動(dòng)機(jī) 11
3.2.3 電動(dòng)機(jī)的校核 11
4 主要零件設(shè)計(jì)與參數(shù)計(jì)算 12
4.1 傳動(dòng)比分配 12
4.1.1 各級(jí)運(yùn)動(dòng)參數(shù) 12
4.2 設(shè)計(jì)減速器第一級(jí)斜齒輪傳動(dòng) 13
4.2.1 選定齒輪類型、精度等級(jí)、材料及齒數(shù) 13
4.2.2 按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì) 14
4.2.3 按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算 16
4.2.4 幾何尺寸計(jì)算 17
4.3 蝸輪蝸桿的設(shè)計(jì) 18
4.3.1 選用蝸桿傳動(dòng)類型 18
4.3.2 選用蝸輪蝸桿材料 18
4.3.3 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì) 19
4.3.4 蝸輪蝸桿的主要尺寸參數(shù) 20
4.3.5 校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度 21
4.4 確定傳動(dòng)系統(tǒng)軸的最小直徑和主要軸的受力分析 21
4.4.1 減速器輸入軸的最小直徑和受力分析 22
4.4.2 計(jì)算減速器中間軸的最小直徑 22
4.4.3 減速器輸出軸的最小直徑和受力分析 23
4.4.4 車輪軸的尺寸的確定 23
4.5 軸的校核 23
4.5.1 減速器輸出軸的校核 23
4.5.2 車輪軸的校核 26
4.6 聯(lián)軸器的選擇 29
4.6.1 選擇減速器輸出端與車輪軸之間的聯(lián)軸器 29
4.6.2 選擇電動(dòng)機(jī)與減速器之間的聯(lián)軸器 29
4.7 鍵的尺寸確定及校核 30
4.7.1 減速器輸出軸上鍵的尺寸的確定 30
4.7.2 車輪與車軸承之間鍵的尺寸與校核 31
4.7.3 蝸輪與蝸輪軸之間的鍵的選擇與校核 32
4.8 選擇軸承并校核其壽命 32
4.8.1 減速器軸承的選擇與軸承壽命校核 32
4.8.2 選擇車輪軸上的軸承并校核 37
4.9 車輪的校核 39
4.10 車輪的打滑校核 40
4.11 鋼卷運(yùn)輸車升降機(jī)構(gòu)液壓缸的選擇 41
5 潤(rùn)滑方式的選擇 43
5.1 軸承潤(rùn)滑方式的選擇 43
5.2 減速器潤(rùn)滑方式的選擇 43
6 鋼卷運(yùn)輸車經(jīng)濟(jì)與環(huán)保分析 44
6.1 環(huán)保分析 44
6.2 經(jīng)濟(jì)性分析 44
6.2.1 投資回收期的計(jì)算 44
6.2.2 設(shè)備合理的更新期的計(jì)算 45
結(jié)束語(yǔ) 47
致謝 48
參考文獻(xiàn) 49
第 48 頁(yè)
遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)
1 緒論
1.1 選題的背景
在軋鋼機(jī)械生產(chǎn)中，除了在軋機(jī)上完成塑性變形工序外，在整條生產(chǎn)線中還有一系列的輔助工序，如大型軋鋼廠車間的表面清洗、加熱、軋制，鋸切和矯正等工序。在冷軋帶鋼車間有酸洗、電解清洗、退火、平整、橫剪、縱切，表面鍍層等工序。而在眾多輔助工序中又有很多相關(guān)的輔助設(shè)備。
鋼卷運(yùn)輸車便是熱、冷軋鋼生廠線上一種重要的輔助設(shè)備。它是在生產(chǎn)過程中將鋼卷從一道工序運(yùn)送到下一工序的常用設(shè)備。如鞍鋼股份冷軋帶鋼2＃生產(chǎn)線上鋼卷運(yùn)輸車將卷取機(jī)上的鋼卷運(yùn)送到打捆機(jī)前打捆。同時(shí)起到輔助卷取機(jī)卷取和卸卷的作用。此次設(shè)計(jì)主要是針對(duì)冷軋帶鋼廠的卸卷鋼卷運(yùn)輸車進(jìn)行設(shè)計(jì)。
隨著軋鋼生產(chǎn)技術(shù)的革新，軋鋼生產(chǎn)速度的提高不僅取決于軋鋼主要設(shè)備的速度的提高和軋制周期的縮短，在很大的程度上也決定于軋鋼輔助設(shè)備的不斷改進(jìn)和日趨完善。鋼卷運(yùn)輸車在提高軋鋼生產(chǎn)效率方面起到了十分重要的作用。
在軋鋼車間，軋鋼輔助設(shè)備的總重量一般要超過主要設(shè)備的重量的3～4倍，以825軋車間為例，其設(shè)備總重量為4400t，其中軋鋼主要設(shè)備重量?jī)H為1000t。軋鋼輔助設(shè)備種類繁多，不同的設(shè)備有不同工序的任務(wù)。有些輔助設(shè)備的工作條件也很惡劣，往往是在高溫、水、鐵磷，潮濕和多塵的環(huán)境下運(yùn)轉(zhuǎn)。有些設(shè)備工作載荷很大且要承受沖擊和震動(dòng)，不少軋鋼設(shè)備具有器制動(dòng)頻繁的特點(diǎn)。有的地動(dòng)次數(shù)達(dá)到1500次/h以上，軋鋼輔助設(shè)備的結(jié)構(gòu)，運(yùn)動(dòng)和工作制也往往比軋機(jī)復(fù)雜。
現(xiàn)代化的軋鋼輔助設(shè)備往往采用的是直流電動(dòng)機(jī)或者液壓驅(qū)動(dòng)。
冷軋帶鋼，特別是冷軋寬帶鋼在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有十分重要的地位。隨著汽車制造業(yè)，食品罐頭、精密儀表、容器包裝、建筑機(jī)械制造和船舶制造業(yè)的迅速發(fā)展，以及日常家電用品洗衣機(jī)，空調(diào)等等需求量成倍的增長(zhǎng)，使冷軋帶鋼的需求量越來越大。
鍍鋅板，鍍錫板及其他金屬鍍層板塑料涂層板，涂漆板和彩色涂層板等非金屬涂層板，都是具有廣泛用途的金屬材料。尤其是非金屬涂層板的生產(chǎn)在國(guó)外發(fā)展異常迅速，現(xiàn)在都以連續(xù)化生產(chǎn)方式在冷軋帶鋼廠內(nèi)制造。這對(duì)于增加產(chǎn)量、提高質(zhì)量、節(jié)約能源、降低成本改善勞動(dòng)條件和減少環(huán)境污染都有重要意義。這種產(chǎn)品廉價(jià)物美，在國(guó)際市場(chǎng)上具有很強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)能力。
目前我國(guó)大力發(fā)展冷軋帶鋼生產(chǎn)，逐步提高冷軋帶鋼在軋鋼產(chǎn)品中的比重。迅速提高冷軋帶鋼的質(zhì)量，不斷增加冷軋帶鋼的品種，滿足外貿(mào)出口對(duì)冷軋帶鋼需求及各個(gè)工業(yè)部門，特別是與人民生活密切相關(guān)的輕工業(yè)和日用電器，生活用具需求等。
國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的冷軋鋼板生產(chǎn)，設(shè)備和工藝都比較落后。為了改變這種狀況：一方面從國(guó)外成套引進(jìn)現(xiàn)代化的寬帶鋼冷連軋機(jī)組以及其他生產(chǎn)設(shè)備。另外對(duì)一些老廠的設(shè)備也進(jìn)行積極改造。因此，全面了解國(guó)外現(xiàn)代化冷軋帶鋼生產(chǎn)過程的工藝，設(shè)備及操作技術(shù)，對(duì)于消化引進(jìn)的國(guó)外技術(shù)，進(jìn)行老廠的技術(shù)改造是有益的。
1.2 國(guó)內(nèi)外研究狀況和相關(guān)領(lǐng)域中的研究成果
在1995年3月10日鞍鋼鋼鐵集團(tuán)冷軋薄板廠的趙榮國(guó)，賈成洲，徐慶田三位師傅設(shè)計(jì)了特別適用于冷軋廠酸洗機(jī)組頭部的鋼卷上料小車。它是有固定在車體上的驅(qū)動(dòng)馬達(dá)和組驅(qū)動(dòng)齒輪所組成，特點(diǎn)是組驅(qū)動(dòng)齒輪與固定在軌道基座上的齒條嚙合。齒條在上齒輪在下相互嚙合，傳動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)先進(jìn)合理，安全可靠，有利于車體設(shè)備的檢修和維護(hù)。
隨著我國(guó)鋼鐵企業(yè)的迅速發(fā)展，冶金設(shè)備也向著高效、簡(jiǎn)單、節(jié)能化發(fā)展。鋼卷運(yùn)輸車是冷軋生產(chǎn)線上的常用設(shè)備。在濟(jì)鋼成套引進(jìn)國(guó)外新型冷軋薄板機(jī)組中鋼卷運(yùn)輸車也是必不可少的設(shè)備之一，它在開卷前接受準(zhǔn)備站準(zhǔn)備好的鋼卷。鋼卷車助卷輥旋轉(zhuǎn)將鋼頭部經(jīng)開卷機(jī)的導(dǎo)板臺(tái)送到防斷輥前面的等待位置。穿帶時(shí)鋼卷車上的帶鋼頭部經(jīng)過打開的夾送輥引入處理機(jī)。當(dāng)帶鋼前端通過夾送輥時(shí)，上夾棍下降，驅(qū)動(dòng)帶鋼向前，同時(shí)開卷機(jī)從酸洗線上縮回。處理機(jī)驅(qū)動(dòng)帶鋼頭部進(jìn)入切分前鋼卷小車將鋼卷移到開卷機(jī)的上卷位置。此時(shí)，開卷機(jī)返回酸洗線開卷機(jī)芯軸從鋼卷內(nèi)孔進(jìn)入外部支撐。上卷完畢，鋼卷小車返回后對(duì)下一個(gè)鋼卷準(zhǔn)備站送來的鋼卷做穿帶準(zhǔn)備。
1.3 課題的研究方法
鋼卷運(yùn)輸車根據(jù)不同的生產(chǎn)線的需要可以設(shè)計(jì)成不同類型，行走機(jī)構(gòu)主要的驅(qū)動(dòng)方式有液壓缸驅(qū)動(dòng)和電動(dòng)機(jī)配合減速器驅(qū)動(dòng)兩種方式。托卷的升降裝置大多用液壓缸來驅(qū)動(dòng)。上升裝置可以單獨(dú)設(shè)計(jì)成一個(gè)托卷小車，和一個(gè)運(yùn)輸小車配合使用?？梢园l(fā)揮我們的想象力，設(shè)計(jì)出一個(gè)方案使鋼卷運(yùn)輸車更加適合冶金工業(yè)的生產(chǎn)需要。
1.4 研究的內(nèi)容
鋼卷運(yùn)輸車廣泛用于軋鋼工業(yè)生產(chǎn)線，它的研究也是必不可少的。主要是對(duì)行走機(jī)構(gòu)和升降機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)中要對(duì)鋼卷運(yùn)輸車的各個(gè)部件進(jìn)行選擇和校核。升降機(jī)構(gòu)常用液壓缸驅(qū)動(dòng)，在設(shè)計(jì)時(shí)要對(duì)液壓缸進(jìn)行選擇。對(duì)部分零件選擇潤(rùn)滑方式。在設(shè)計(jì)后要對(duì)鋼卷運(yùn)輸車的經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性進(jìn)行確定。
2 總體方案設(shè)計(jì)
2.1 方案設(shè)計(jì)
鋼卷運(yùn)輸車方案設(shè)計(jì)的類型有很多。為了橫向行走機(jī)構(gòu)的簡(jiǎn)單，安全可靠性，在本設(shè)計(jì)中行走機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)裝置我選擇了電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。考慮小車的走行速度，由于傳動(dòng)比比較大，我采用了二級(jí)齒輪蝸輪蝸蝸桿減速器用兩個(gè)輸出端通過聯(lián)軸器與主動(dòng)輪軸聯(lián)結(jié)，從而帶動(dòng)鋼卷運(yùn)輸車在軌道上行走。小車的托舉鋼卷動(dòng)作由液壓缸驅(qū)動(dòng)升降裝置完成。
在設(shè)計(jì)時(shí)針對(duì)有關(guān)零件的尺寸設(shè)計(jì)，強(qiáng)度校核也是非常重要的環(huán)節(jié)（如減速器的設(shè)計(jì)）。各個(gè)機(jī)構(gòu)的組成安裝位置是否便于拆裝，檢修和維護(hù)也是要考慮的重要問題。具體方案設(shè)計(jì)如圖2.1所示。電動(dòng)機(jī)安裝在車架的中間，這樣可以使鋼卷運(yùn)輸車的行走更佳穩(wěn)定。電動(dòng)機(jī)與減速器放在同一個(gè)托板上，托板焊在鋼卷運(yùn)輸車的機(jī)架兩端。
2.2 方案的對(duì)比
通常鋼卷運(yùn)輸車的橫向行走機(jī)構(gòu)有液壓缸與液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)和電動(dòng)機(jī)與減速器傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)兩種主要的方式。液壓缸與液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的相關(guān)設(shè)備成本比較高，運(yùn)行平穩(wěn)，適合短距離直線動(dòng)作相對(duì)靈活性比較差，占地面積大，而且對(duì)周圍的環(huán)境要求比較高。電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，占地面積小，方便檢修與維護(hù)，靈活性非常好，成本低。所以在本設(shè)計(jì)中我采用了電動(dòng)機(jī)配合減速器傳動(dòng)的方式驅(qū)動(dòng)小車橫向行走。
電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)行走又可分為分散驅(qū)動(dòng)和集中驅(qū)動(dòng)方式兩種。
1 分散驅(qū)動(dòng)
在冶金行業(yè)機(jī)械設(shè)備中，有的較大的設(shè)備由于兩根軌道間的軌距和行走機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)功率都比較大，用一臺(tái)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)非常困難（如煉鋼廠轉(zhuǎn)爐的驅(qū)動(dòng)方式），因而也經(jīng)常采用用幾臺(tái)電動(dòng)機(jī)同時(shí)驅(qū)動(dòng)的形式如圖2.2所示。有兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)經(jīng)由兩臺(tái)減速器傳動(dòng)分別驅(qū)動(dòng)小車的兩個(gè)后輪軸，實(shí)現(xiàn)小車的行走動(dòng)作。
2 集中驅(qū)動(dòng)
當(dāng)行走機(jī)構(gòu)的功率和軌距都比較小的時(shí)候?yàn)榱私档图庸ぶ圃斐杀?，通常采用集中?qū)動(dòng)的形式。集中驅(qū)動(dòng)根據(jù)傳動(dòng)方式的不同又可分為開式齒輪傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和閉式齒輪傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。如圖2.3、圖2.4所示。
2.3 方案的確定
綜上考慮：根據(jù)設(shè)計(jì)要求由于鋼卷運(yùn)輸車行走時(shí)的轉(zhuǎn)矩和行走功率都不大，因而我設(shè)計(jì)的鋼卷運(yùn)輸車行走機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)方式采用電動(dòng)機(jī)集中驅(qū)動(dòng)的形式。升降機(jī)構(gòu)根據(jù)相關(guān)去要求特點(diǎn)選擇由液壓缸驅(qū)動(dòng)。確定總體方案簡(jiǎn)圖如圖2.5所示。
1 電動(dòng)機(jī)類型選擇
考慮到鋼卷運(yùn)輸車的行走特性，要與所選擇的電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性相適應(yīng)。鋼卷運(yùn)輸車在正常工作時(shí)啟動(dòng)和制動(dòng)較頻繁，所以綜合考慮選擇冶金設(shè)備專用的YZR型電動(dòng)機(jī)。
2 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)選擇
鋼卷運(yùn)輸車的工作環(huán)境比較惡劣，如采用兩對(duì)開式傳動(dòng)的齒輪減速機(jī)構(gòu)齒輪磨損較快，不滿足生產(chǎn)的安全可靠，耐用性要求。而且由于傳動(dòng)比比較大所以采用閉式齒輪蝸輪蝸桿減速器傳動(dòng)。選擇蝸桿頭數(shù)z1時(shí)，主要考慮傳動(dòng)比、效率和制造三個(gè)方面從制造方面，頭數(shù)越多，蝸桿制造精度要求也越高；從提高效率看，頭數(shù)越多，效率越高；從提高傳動(dòng)比方面，應(yīng)選擇較少的頭數(shù)；在動(dòng)力傳動(dòng)中，在考慮結(jié)構(gòu)緊湊的前提下，應(yīng)很好地考慮提高效率節(jié)約成本。綜上考慮本設(shè)計(jì)中選擇單頭蝸桿。
3 聯(lián)軸器的選擇
聯(lián)軸器的類型應(yīng)根據(jù)使用要求和工作條件來確定。具體選擇時(shí)考慮的幾個(gè)問題：
（1）傳遞的轉(zhuǎn)矩的大小和性質(zhì)以及對(duì)緩沖和減震方面的要求。例如：對(duì)于傳遞功率較大的的重載傳動(dòng)，可使用齒式聯(lián)軸器；對(duì)于存在嚴(yán)重沖擊載荷或要求消除軸系扭矩震動(dòng)的傳動(dòng)，可用簧片聯(lián)軸器，輪胎式聯(lián)軸器或橡膠金屬環(huán)聯(lián)軸器等。
（2）在安裝調(diào)整之后兩軸相對(duì)位移的大小和方向難以保證嚴(yán)格精確對(duì)中，或工作過程中兩軸將產(chǎn)生較大的附加相對(duì)位移時(shí)，應(yīng)選用撓性聯(lián)軸器。例如：產(chǎn)生的徑向位移較大時(shí)，可選用滑塊聯(lián)軸器；當(dāng)兩軸的角位移較大時(shí)或兩軸相交時(shí)可選用萬向聯(lián)軸器等。
（3） 聯(lián)軸器的可靠性。一般由金屬元件制成不需潤(rùn)滑的聯(lián)軸器比較可靠，需要潤(rùn)滑的聯(lián)軸器的性能會(huì)受到潤(rùn)滑程度影響，還可能污染環(huán)境。
（4） 聯(lián)軸器的工作環(huán)境。對(duì)于橡膠等非金屬元件制成的聯(lián)軸器對(duì)工作環(huán)境的溫度、腐蝕性介質(zhì)，光等比較敏感，使聯(lián)軸器容易老化影響其使用壽命。
（5）聯(lián)軸器的制造、安裝，維護(hù)和成本。通常在滿足使用性能的前提下，我們應(yīng)選用拆裝方便，維護(hù)簡(jiǎn)單，成本低廉的聯(lián)軸器。例如：剛性聯(lián)軸器不但結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，而且拆裝方便，其中夾殼聯(lián)軸器，可以不移動(dòng)兩軸的情況下，拆裝聯(lián)軸器，可用于低速，剛性大的傳動(dòng)軸。一般的非金屬?gòu)椥栽?lián)軸器（如彈性柱銷聯(lián)軸器，梅花型彈性聯(lián)軸器和彈性套柱銷聯(lián)軸器），具有良好的綜合性能，適用于一般的中小功率傳動(dòng)。
（6）頻繁啟制動(dòng)，載荷穩(wěn)定，經(jīng)常正反轉(zhuǎn)工作。一般的非金屬元件聯(lián)軸器（例如梅花型彈性聯(lián)軸器、輪胎式聯(lián)軸器、新型梅花聯(lián)軸器等）
綜上考慮該設(shè)計(jì)中選用新型梅花聯(lián)軸器。
2滾動(dòng)軸承類型的選擇
選擇滾動(dòng)軸承的類型時(shí)應(yīng)考慮多種因素的影響。如果軸承所受負(fù)荷的大小，方向及性質(zhì)；軸向固定形式；剛度與轉(zhuǎn)速要求；調(diào)心性能要求；工作環(huán)境；經(jīng)濟(jì)性以及其他特殊要求。概括起來，有以下選型原則：
（1）轉(zhuǎn)速較高，負(fù)荷不大，而旋轉(zhuǎn)精度要求較高時(shí)，宜選用球軸承。
（2）轉(zhuǎn)速較低，負(fù)荷不大或有沖擊載荷時(shí)，用滾子軸承。
（3）當(dāng)徑向負(fù)荷與軸向負(fù)荷都比較大時(shí)，若轉(zhuǎn)速高時(shí)，選用角接觸球軸承。若轉(zhuǎn)速不高時(shí)，用圓錐滾子軸承。
（4）當(dāng)軸向負(fù)荷比徑向負(fù)荷大的多，且轉(zhuǎn)速低時(shí)，常用兩種不同類型的軸承組合，分別承受軸向和徑向負(fù)荷。
（5）當(dāng)徑向負(fù)荷比軸向負(fù)荷大的多，且轉(zhuǎn)速較高時(shí)，用向心球軸承。
（6）當(dāng)有支撐剛度要求時(shí)，可采用角接觸型軸承。
（7）需調(diào)整徑向游隙時(shí)，采用內(nèi)錐孔軸承。
（8）支點(diǎn)跨度大，軸的變形大或多支點(diǎn)軸，采用調(diào)心軸承。
（9）在滿足使用要求的情況下，優(yōu)先選用價(jià)格低廉的軸承。一般來說，球軸承的價(jià)格低于滾子軸承的價(jià)格。精度越高價(jià)格越高。在同精度的軸承中，深溝球軸承的價(jià)格最低。
綜上所述在該設(shè)計(jì)中選用圓錐滾子軸承。
3 電動(dòng)機(jī)選擇
3.1 設(shè)計(jì)參數(shù)
主要參數(shù)：
鋼卷質(zhì)量：
車體重量：
鋼卷運(yùn)輸?shù)乃俣龋?
3.2 電動(dòng)機(jī)的選擇
3.2.1 電機(jī)類型的選擇
根據(jù)冷軋帶鋼廠的鋼卷運(yùn)輸車正常工作狀態(tài)下頻繁啟動(dòng)與制動(dòng)，以及其工作環(huán)境和載荷大小的工作特點(diǎn)，在本設(shè)計(jì)中選擇我國(guó)新設(shè)計(jì)的國(guó)際市場(chǎng)上廣泛使用的統(tǒng)一系列YZR型三相異步電動(dòng)機(jī)。
確定啟動(dòng)力矩
鋼卷和車體的總質(zhì)量：
鋼卷和車體的總重量：
車輪轉(zhuǎn)速：
傳動(dòng)裝置總效率：
齒輪嚙合效率：
圓錐滾子軸承效率：
聯(lián)軸器效率：
車輪與軌道的效率：
蝸輪蝸桿的效率：
則傳動(dòng)系統(tǒng)的總效率：
起動(dòng)力矩用來克服車輪滾動(dòng)時(shí)的摩擦力矩和大車起動(dòng)時(shí)的慣性力矩。
（1）車輪滾動(dòng)時(shí)的摩擦力矩如圖3.1所示，車輪滾動(dòng)時(shí)的摩擦力矩包括車輪與軌面之間的滾動(dòng)摩擦力矩，車輪軸承處的摩擦力矩以及車輪輪緣與軌道側(cè)面間的摩擦力矩，即
（3-1）
式中：
______考慮車輪輪緣與軌道側(cè)面間的摩擦所以起的附加助力矩系數(shù)，查文獻(xiàn)[1]?。?
—車輪與軌道面間的滾動(dòng)摩擦系數(shù)，查文獻(xiàn)[2]取；
—車輪軸承處的摩擦系數(shù)，查文獻(xiàn)[2]??；
—車輪軸的半徑；
—鋼卷運(yùn)輸車的總重量；
將以上數(shù)據(jù)代入式（3-1）得：
N.m
（2）慣性力矩
慣性力矩分為兩部分：傳動(dòng)機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)零件的慣性力矩及大車作直線加速運(yùn)動(dòng)時(shí)的慣性力矩。分別計(jì)算如下：
（3-2）
式中：
—原動(dòng)機(jī)軸上旋轉(zhuǎn)零件的飛輪矩；
—原動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速；
—起動(dòng)時(shí)間，一般取秒，取2秒；
將以上數(shù)據(jù)代入式（3-2）得：
N.m
(3-3)
式中：
—操作機(jī)作直線加速運(yùn)動(dòng)時(shí)的慣性力；
—為操作機(jī)的總重量；
—為重力加速度，?。?
—為大車起動(dòng)時(shí)的直線運(yùn)動(dòng)加速度，大車運(yùn)行速度m/min；
—為起動(dòng)時(shí)間2秒；
R—車輪半徑0.2m；
將以上數(shù)據(jù)代入式（3-3）得：
N.m
故慣性力矩為：
起動(dòng)力矩為：
N.m
式中：
—大車行走機(jī)構(gòu)的總傳動(dòng)比；
—大車行走機(jī)構(gòu)的總傳動(dòng)效率；
3.2.2 選擇電動(dòng)機(jī)
由于電動(dòng)機(jī)頻繁啟動(dòng)，工作溫度不高，故按啟動(dòng)力矩初選電動(dòng)機(jī)
kW
初選電動(dòng)機(jī),電機(jī)功率kW，轉(zhuǎn)速r/min。
3.2.3 電動(dòng)機(jī)的校核
為了防止電動(dòng)機(jī)過載進(jìn)行過載校核，由文獻(xiàn)[2]可知異步電動(dòng)機(jī)過載校核公式為
式中：
—由文獻(xiàn)[2]可知，?。?
—電動(dòng)機(jī)的最大負(fù)載轉(zhuǎn)矩；
—余量系數(shù)，直流電動(dòng)機(jī)取0.9~0.95，交流電動(dòng)機(jī)取0.9；
—電壓波動(dòng)系數(shù)，取0.85；
—電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)矩，；
代入以上數(shù)據(jù)：
所以電動(dòng)機(jī)符合過載條件。
4 主要零件設(shè)計(jì)與參數(shù)計(jì)算
4.1 傳動(dòng)比分配
傳動(dòng)部分減速器速比分配。取減速器蝸輪蝸桿的傳動(dòng)比；二級(jí)齒輪減速比。為了使結(jié)構(gòu)更加緊湊，所以減速器設(shè)計(jì)為二級(jí)齒輪蝸輪蝸桿減速器。如圖4.1所示。
4.1.1 各級(jí)運(yùn)動(dòng)參數(shù)
0軸即電動(dòng)機(jī)輸出軸：
kW；
r/min；
N.m
Ⅰ軸即減速器高速軸：
kW；
r/min；
N.m
Ⅱ軸即減速器的中間軸：
kW；
r/min；
N.m
Ⅲ軸即減速器輸出軸：
kW；
r/min；
N.m
Ⅳ軸即為車輪軸：
kW；
r/min；
N.m
小車各級(jí)運(yùn)動(dòng)參數(shù)如表4.1：
表4.1 鋼卷運(yùn)輸車各級(jí)運(yùn)動(dòng)參數(shù)
軸序號(hào)
功率（kW）
轉(zhuǎn)速（r/min）
轉(zhuǎn)矩（N.m）
傳動(dòng)形式
傳動(dòng)比
效率
0
5.5
930
56.48
聯(lián)軸器
1
0.99
Ⅰ
5.45
930
55.96
一級(jí)齒輪
4.85
0.97
Ⅱ
5.23
191.7
260.5
蝸桿
40
0.73
Ⅲ
3.78
4.8
7520.6
聯(lián)軸器
1
0.99
Ⅳ
3.70
4.8
7361.4
4.2 設(shè)計(jì)減速器第一級(jí)斜齒輪傳動(dòng)
4.2.1 選定齒輪類型、精度等級(jí)、材料及齒數(shù)
鋼卷運(yùn)輸車一般為工作機(jī)器，速度不高，故選用7級(jí)精度。材料選擇由文獻(xiàn)[3]小齒輪材料為調(diào)質(zhì)處理，硬度為;大齒輪材料為鋼調(diào)質(zhì)處理，硬度為。
選擇小齒輪的齒數(shù)為,則大齒輪齒數(shù)，?。怀踹x螺旋角。
4.2.2 按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)
1）按文獻(xiàn)[3]計(jì)算分度圓直徑，即：
(4.1)
式中：
—試選;
—由文獻(xiàn)[3]選取區(qū)域系數(shù)；
—由文獻(xiàn)[3]查得，，；
—由文獻(xiàn)[3] 按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限 ；大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限 ；
—小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩；
—由文獻(xiàn)[3]查得材料的彈性影響系數(shù) ；
—由文獻(xiàn)[3] 選擇齒寬系數(shù)為；
—齒數(shù)比為；
計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)：
；
；
由文獻(xiàn)[3.圖10-19]查得接觸疲勞強(qiáng)度壽命系數(shù)為；；接觸疲勞許用應(yīng)力為，取失效概率為，安全系數(shù)為:
；
；
；
將以上數(shù)據(jù)代入公式（4.1）得：
；
2）計(jì)算圓周速度
3）計(jì)算齒寬與模數(shù)
；
；
；
；
4） 計(jì)算縱向重合度
5）計(jì)算載荷系數(shù)
已知使用系數(shù)，根據(jù)，7級(jí)精度，由文獻(xiàn)[3]查得動(dòng)載荷系數(shù)；由文獻(xiàn)[3]查得的值與直齒輪的相同，由插值法求此時(shí)。
由文獻(xiàn)[3]查得；
由文獻(xiàn)[3]查得；
6） 按實(shí)際載荷系數(shù)計(jì)算分度圓直徑，由文獻(xiàn)[3.公式10-10a]得
7）計(jì)算模數(shù)
4.2.3 按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算
由文獻(xiàn)[3]得
(4.2)
式中
—載荷系數(shù)；
—根據(jù)縱向重合度，由文獻(xiàn)[3]查得螺旋角影響系數(shù)；
—當(dāng)量齒數(shù)；；
—齒形系數(shù)，由文獻(xiàn)[3]查得,；
—應(yīng)力校正系數(shù)，由文獻(xiàn)[3]得,；
—彎曲疲勞強(qiáng)度極限，由文獻(xiàn)[3]查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限；大齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限為；
—彎曲疲勞壽命系數(shù)，由文獻(xiàn)[3]?。?；
—彎曲疲勞許用應(yīng)力，取彎曲疲勞安全系數(shù),由文獻(xiàn)[3]得：
；
；
計(jì)算大、小齒輪的并進(jìn)行比較：
；
；
對(duì)比大齒輪的值比較大。
將以上數(shù)據(jù)代入公式（4.2）中：
對(duì)比計(jì)算結(jié)果，齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的法面模數(shù)大于齒面彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)。取，滿足彎曲疲勞強(qiáng)度的要求，但為了同時(shí)滿足齒面接觸疲勞強(qiáng)度，需按照接觸疲勞強(qiáng)度的計(jì)算的分度圓直徑來計(jì)算應(yīng)有齒數(shù)。于是由：
,取；則,取。
4.2.4 幾何尺寸計(jì)算
（1）計(jì)算中心距
將中心距圓整為；
（2）計(jì)算斜齒輪螺旋角
因值改變不多，故參數(shù)、、等不必修正。
（3）計(jì)算大小齒輪的分度圓直徑
（4） 計(jì)算齒輪寬度
圓整后取，；
（5） 齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：以大齒輪為例，因齒輪齒頂圓直徑,故選用腹板式結(jié)構(gòu)。
以上計(jì)算第一級(jí)齒輪的基本參數(shù)如表4.2：
表4.2 減速器第一級(jí)斜齒輪傳動(dòng)的基本參數(shù)
模數(shù)
中心距
螺旋角
小齒輪齒數(shù)
大齒輪齒數(shù)
齒形角
小齒輪分度圓直徑（mm）
大齒輪分度圓直徑（mm）
1.5
145
13.99°
32
155
20°
49.47
239.62
4.3 蝸輪蝸桿的設(shè)計(jì)
4.3.1 選用蝸桿傳動(dòng)類型
查資料可知蝸桿的頭數(shù)越多加工越困難，制造的成本就越高；而頭數(shù)越少傳動(dòng)比越大，因次根據(jù)本設(shè)計(jì)要求傳動(dòng)比i=40較大，故采用單頭漸開線蝸桿。
4.3.2 選用蝸輪蝸桿材料
考慮到蝸桿的傳遞功率不大，速度是中等，故蝸桿用鋼；要求效率要高，耐磨性要好，故蝸桿螺旋齒面要進(jìn)行淬火處理，硬度為；蝸輪材料選擇鑄錫青銅，金屬模鑄。為了節(jié)約貴重有色金屬，齒圈用鑄錫磷青銅制造，而輪芯用灰鑄鐵制造。
4.3.3 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)
根據(jù)閉式蝸輪蝸桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì)原則，先按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)，再校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度，由文獻(xiàn)[3]傳動(dòng)中心距：
(1) 確定作用在蝸輪上的轉(zhuǎn)矩；
（2） 確定載荷系數(shù)
因工作載荷比較穩(wěn)定，故取載荷分布不均勻系數(shù),由文獻(xiàn)[3.表11-5]選取使用系數(shù),由于轉(zhuǎn)速不高，沖擊不大，可取動(dòng)載系數(shù)為,則；
（3） 確定彈性影響系數(shù)
因選用的材料是鑄錫磷青銅蝸輪和鋼蝸桿相配合，故；
（4） 確定接觸系數(shù)
先假設(shè)蝸桿分度圓直徑和傳動(dòng)中心距的比值，由文獻(xiàn)[3.圖11-18]可查得；
（5） 確定許用接觸應(yīng)力
根據(jù)蝸輪的材料為鑄錫磷青銅,金屬模鑄造。蝸桿螺旋齒面硬度,可以從文獻(xiàn)[3.表11-7]查得蝸輪的基本許用應(yīng)力。應(yīng)力循環(huán)次數(shù)，壽命系數(shù)，則；
（6） 計(jì)算中心距
取中心距。因，故從文獻(xiàn)[3]中選取模數(shù)。蝸桿的分度圓直徑，這時(shí)，由文獻(xiàn)[3]中可查得接觸系數(shù)，因?yàn)?，因此以上?jì)算結(jié)果可用。
減速器第二級(jí)蝸桿傳動(dòng)的基本參數(shù)如表4.3：
表4.3 第二級(jí)蝸桿傳動(dòng)的基本參數(shù)
模數(shù)
中心距
蝸桿頭數(shù)
渦輪的齒數(shù)
傳動(dòng)比
5
125
1
41
40
4.3.4 蝸輪蝸桿的主要尺寸參數(shù)
（1）蝸桿
軸向齒距：；
直徑系數(shù)：，由文獻(xiàn)[3]可查得；
齒頂圓直徑：；
齒根圓直徑：；
分度圓導(dǎo)程角：；
蝸桿軸向齒厚：；
蝸桿頭數(shù),蝸輪的齒數(shù),,驗(yàn)算傳動(dòng)比,這時(shí)的傳動(dòng)比誤差為是允許值。
（2） 蝸輪
蝸輪分度圓直徑：；
蝸輪喉圓直徑：；
蝸輪齒根圓直徑：；
蝸輪咽喉圓半徑：；
蝸輪的主要參數(shù)如下表：
表4.4 蝸桿的基本參數(shù) 單位（mm）
軸向齒距
齒頂圓直徑
齒根圓直徑
分度圓導(dǎo)程角
軸向齒厚
15.708
60
38
11°18′36″
7.854
4.3.5 校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度
式中：
—當(dāng)量齒數(shù)；
—根據(jù)文獻(xiàn)[3]可查得齒形系數(shù)；
—螺旋角系數(shù)；
—許用彎曲應(yīng)力，從文獻(xiàn)[3]中查得由制造的蝸輪的基本許用彎曲應(yīng)力；
—壽命系數(shù)；
因?yàn)?，所以彎曲?qiáng)度是滿足要求的。
4.4 確定傳動(dòng)系統(tǒng)軸的最小直徑和主要軸的受力分析
4.4.1 減速器輸入軸的最小直徑和受力分析
（1）確定齒輪上的受力
由表4.1可知；
；
；
；
以上算得的數(shù)據(jù)由表4.5列出。
表4.5 第一節(jié)齒輪受力分析
受切向力
受徑向力
受軸向力
第一級(jí)齒輪轉(zhuǎn)矩
2267.4
850.53
565.33
55.96
（2）初步確定減速器輸入軸的最小直徑
選軸的材料為鋼，調(diào)質(zhì)處理。根據(jù)文獻(xiàn)[3]中取,則
取。
4.4.2 計(jì)算減速器中間軸的最小直徑
選擇軸的材料為鋼，調(diào)質(zhì)處理，取。
由表4.1可知；
取。
4.4.3 減速器輸出軸的最小直徑和受力分析
由表4.1可知；
（1） 確定軸上的受力
；
；
；
；
（2）確定軸的最小直徑
選擇軸的材料為，??；
取，從而得到各軸段的直徑為。
4.4.4 車輪軸的尺寸的確定
選擇軸的材料為。查文獻(xiàn)[3]中取，則
取，從而得到各軸段的直徑為。
4.5 軸的校核
4.5.1 減速器輸出軸的校核
基本尺寸及力的參數(shù)：
蝸輪的分度圓直徑；
蝸輪受到的圓周力；
蝸輪受到的徑向力；
蝸輪受到的軸向力；
（1） 水平面上的支反力
如圖4.2（b/）對(duì)取矩，，即
（2） 計(jì)算垂直面上的支反力
圖4.2減速器輸出軸受力載荷
（3） 計(jì)算彎矩
在圖4.2（c/e/）畫出了水平面和垂直面的彎矩圖。
（4）計(jì)算總彎矩
在圖4.2（f/）中畫出了軸的總彎矩圖。
（5） 軸的彎曲合成強(qiáng)度條件，由文獻(xiàn)[3]
式中：
_____軸的計(jì)算應(yīng)力；
______軸所受的彎矩；
—軸所受的扭矩；
—軸的抗彎截面系數(shù)；
—由文獻(xiàn)[4]得許用彎曲應(yīng)力；
代入以上數(shù)據(jù)求得：
因?yàn)?，所以設(shè)計(jì)的軸滿足強(qiáng)度要求。
（6）按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件計(jì)算
減速器輸出軸直徑。由于采用花鍵連接，所以按計(jì)算。
由文獻(xiàn)[4]查得軸的材料調(diào)質(zhì)處理的；
因?yàn)?所以設(shè)計(jì)的軸滿足抗扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件。
4.5.2 車輪軸的校核
車輪軸的轉(zhuǎn)矩為；
車輪軸的轉(zhuǎn)數(shù)；
車輪軸傳遞的功率；
車輪的直徑；
車輪受到的圓周力；
車輪受到的徑向力；
（1） 計(jì)算水平面上的支反力
在圖4.3（b）中對(duì)點(diǎn)取矩，因?yàn)?，?
；
；
（2）計(jì)算垂面上的支反力
在圖4.3（d）中對(duì)點(diǎn)取矩，,即
；
；
（3）計(jì)算彎矩
；
；
在圖4.3（c）（e）中畫出了水平面和垂直面的彎矩圖。
（4） 計(jì)算總彎矩
；
在圖4.3（f）中畫出軸的總彎矩圖。
（5） 軸的彎曲合成強(qiáng)度條件為
式中：
_____車輪軸轉(zhuǎn)矩；
_____車輪軸段直徑；
____車輪軸的總彎矩；
___由文獻(xiàn)[4]查得軸的許用彎曲應(yīng)力；
將以上數(shù)據(jù)代入可求得：
因?yàn)椋栽撦S符合彎曲合成強(qiáng)度的要求。
（6）按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件計(jì)算
因?yàn)榇溯S的危險(xiǎn)截面處，查文獻(xiàn)[4]可得扭轉(zhuǎn)疲勞強(qiáng)度極限，此時(shí)的扭轉(zhuǎn)疲勞強(qiáng)度為：
因?yàn)椋栽撦S的扭轉(zhuǎn)疲勞強(qiáng)度符合要求。
4.6 聯(lián)軸器的選擇
4.6.1 選擇減速器輸出端與車輪軸之間的聯(lián)軸器
根據(jù)傳動(dòng)裝置頻繁起動(dòng)制動(dòng)，正常工作條件下重復(fù)正反轉(zhuǎn)的工作特點(diǎn)擬選用新型梅花聯(lián)軸器。
計(jì)算轉(zhuǎn)矩
式中：
—聯(lián)軸器傳遞的名義轉(zhuǎn)矩；
—工作情況系數(shù)；
—減速器輸出軸的轉(zhuǎn)速；
由文獻(xiàn)[4]彈性柱銷聯(lián)軸器型的額定轉(zhuǎn)矩，許用轉(zhuǎn)速，軸孔直徑，，故所選彈性柱銷聯(lián)軸器滿足要求。
所選彈性柱銷聯(lián)軸器的基本參數(shù)如表4.6：
表4.6 彈性柱銷聯(lián)軸器的基本參數(shù)
型號(hào)
額定轉(zhuǎn)矩
最高轉(zhuǎn)速
軸孔長(zhǎng)度
軸孔長(zhǎng)度
質(zhì)量
18000
2500
172
132
89.35
取減速器輸出端L=130mm,車輪軸軸端L=140mm。
4.6.2 選擇電動(dòng)機(jī)與減速器之間的聯(lián)軸器
根據(jù)傳動(dòng)裝置頻繁啟制動(dòng)，交替正反轉(zhuǎn)的工作特點(diǎn)，擬選用新型梅花聯(lián)軸器。
計(jì)算轉(zhuǎn)矩：
查文獻(xiàn)[4]選擇型彈性柱銷聯(lián)軸器。額定轉(zhuǎn)矩，最高轉(zhuǎn)速，軸孔直徑，。故所選聯(lián)軸器滿足要求。表4.7中列出了型彈性柱銷聯(lián)軸器的基本參數(shù)。
表4.7型聯(lián)軸器的基本參數(shù)
型號(hào)
額定轉(zhuǎn)矩
最高轉(zhuǎn)速
軸孔長(zhǎng)度
軸孔長(zhǎng)度
質(zhì)量
250
5000
62
44
2.79
4.7 鍵的尺寸確定及校核
4.7.1 減速器輸出軸上鍵的尺寸的確定
（1）鍵的尺寸確定
減速器的輸出軸的轉(zhuǎn)矩。由于轉(zhuǎn)矩較大所以采用矩形花鍵聯(lián)接，根據(jù)減速器的輸出端的軸徑，查文獻(xiàn)[4.表5-3-40]可得花鍵尺寸參數(shù)：，，，，花鍵的齒數(shù),取鍵的工作長(zhǎng)度。
（2） 鍵的校核
式中：
—各齒間載荷不均勻系數(shù)，??；
—花鍵的齒數(shù)；
—鍵齒的工作長(zhǎng)度，單位為；
—花鍵側(cè)面的工作高度；
—花鍵的大徑；
—花鍵的平均直徑；
—花鍵許用擠壓應(yīng)力，查文獻(xiàn)[4]可得，取其平均值；
將以上數(shù)據(jù)代入公式：
因?yàn)?，所以擬選的花鍵滿足強(qiáng)度要求。
4.7.2 車輪與車軸承之間鍵的尺寸與校核
（1）鍵的尺寸與校核
根據(jù)要求選用平鍵聯(lián)接，由于車輪不在軸端，故選用圓頭普通平鍵型。根據(jù)車輪軸的直徑，由文獻(xiàn)[4]查得鍵的截面尺寸為。由于車輪安裝軸段的長(zhǎng)度，取鍵的長(zhǎng)度。
（2） 鍵的強(qiáng)度校核
鍵，軸和車輪的材料都是鋼，由文獻(xiàn)[4]查得鍵的許用擠壓應(yīng)力，取，鍵的工作長(zhǎng)度，車輪軸的轉(zhuǎn)矩，鍵與車輪鍵槽的接觸高度。
因?yàn)?，可見?lián)接的擠壓強(qiáng)度不夠?？紤]采用雙鍵，相隔布置。雙鍵工作長(zhǎng)度。此時(shí)的實(shí)際的擠壓應(yīng)力為：
因?yàn)榇藭r(shí)，所以采用型號(hào)的雙鍵滿足強(qiáng)度條件。
4.7.3 蝸輪與蝸輪軸之間的鍵的選擇與校核
（1）選擇鍵的連接類型和尺寸
一般8級(jí)以上的精度的齒輪有定心精度要求，應(yīng)選用平鍵聯(lián)接。由于齒輪不在軸端，故選用圓頭普通平鍵。根據(jù)，由文獻(xiàn)[4]可查得許用擠壓應(yīng)力，取其平均值。鍵的工作長(zhǎng)度，蝸輪軸的轉(zhuǎn)矩，鍵與蝸輪鍵槽的接觸高度。
因?yàn)?，可見?lián)接的擠壓強(qiáng)度不夠。因此采用雙鍵，相隔布置。雙鍵的工作長(zhǎng)度。此時(shí)的實(shí)際的擠壓應(yīng)力為：
因?yàn)榇藭r(shí)，所以采用型號(hào)的雙鍵滿足強(qiáng)度條件。
4.8 選擇軸承并校核其壽命
4.8.1 減速器軸承的選擇與軸承壽命校核
1）減速器軸承的選擇
減速器輸入軸安裝軸承段直徑；
減速器中間軸安裝軸承段直徑；
減速器輸出軸安裝軸承段直徑；
由文獻(xiàn)[4]選擇各軸承參數(shù)如下表：
表4.8 減速器各級(jí)軸軸承的型號(hào)與孔徑
軸承位置
軸承型號(hào)
軸承孔徑
輸入軸
30206
30
中間軸
30208
40
輸出軸
30220
100
2）減速器輸出軸的軸承壽命校核
蝸輪的分度圓直徑；
軸上蝸輪受切向力；
軸上蝸輪受徑向力；
軸上蝸輪受軸向力；
蝸輪的轉(zhuǎn)速；
軸承預(yù)期計(jì)算壽命；
安裝軸承段軸的直徑可在之間選擇，由文獻(xiàn)[4]初選軸承型號(hào)為型圓錐滾子軸承。其基本參數(shù)如下表：
表4.9 型軸承的基本參數(shù)
軸承型號(hào)
軸承孔徑
額定動(dòng)載荷
額定靜載荷
極限轉(zhuǎn)速
30220
100
255
350
1900（脂潤(rùn)滑）
2600（稀油潤(rùn)滑）
（1） 求軸承受到的徑向載荷和
圖4.4是軸承受力載荷圖。
圖4.4減速器輸出軸上軸承受力圖
；
；
；
；
；
；
（2）求兩軸承的軸向力和
對(duì)于圓錐滾子軸承，按文獻(xiàn)[3]得該類型軸承的派生軸向力，由文獻(xiàn)[4]得型圓錐滾子軸承。因?yàn)?，所以。代入以上?shù)據(jù)得：
；
；
有圖判斷軸承1被壓緊，軸承2被放松。
；
；
；
；
由文獻(xiàn)[4]得,，，，則
；
；
；
；
；
；
再次計(jì)算的值與祐取得值相差不大，因此確定，，，。
（3）求軸承當(dāng)量載荷和
；
；
由文獻(xiàn)[4]得徑向載荷系數(shù)和軸向載荷系數(shù)分別為：
對(duì)軸承1：，；
對(duì)軸承2：，；
因軸承運(yùn)行中有中等沖擊載荷，按文獻(xiàn)[3]可知，取，則：
；
；
（4）驗(yàn)算軸承的壽命
因?yàn)?，所以按軸承1的受力大小驗(yàn)算軸承的壽命。
(4.10)
式中：
—指數(shù)。對(duì)于球軸承，對(duì)于圓錐滾子軸承；
—蝸輪軸轉(zhuǎn)速；
將以上數(shù)據(jù)代入公式（4.10）中得：
因?yàn)?所以蝸輪軸上初選軸承型圓錐滾子軸承符合要求。
4.8.2 選擇車輪軸上的軸承并校核
車輪直徑；
車輪受徑向力；
車輪受切向力；
車輪轉(zhuǎn)速；
軸承預(yù)期計(jì)算壽命；
由于安裝軸承段的直徑，查文獻(xiàn)[4]預(yù)選軸承型號(hào)型圓錐滾子軸承。參數(shù)如下表：
表4.10 型圓錐滾子軸承的基本參數(shù)
軸承型號(hào)
軸承孔徑
額定動(dòng)載荷
額定靜載荷
極限轉(zhuǎn)速
100
255
355
1900
(1)求兩軸承受到的徑向載荷和
圖4.5是軸承的受力載荷圖。
；
；
；
；
；
（2） 求兩軸承的軸向力和
對(duì)于圓錐滾子軸承，按文獻(xiàn)[3]得型軸承的派生軸向力。由文獻(xiàn)[4]得，。
；
；
；
由文獻(xiàn)[4]可知，。
；
；
兩次計(jì)算的值相差不大，因此確定，。
圖4.5車輪軸上軸承受力圖
（3） 求軸承當(dāng)量載荷和
因?yàn)?，所以由文獻(xiàn)[4]得徑向載荷系數(shù)和軸向載荷系數(shù)為，。因?yàn)檩S承運(yùn)行中有中等沖擊載荷，由文獻(xiàn)[3]可知，取。則：
（4）驗(yàn)算軸承壽命
因?yàn)閮奢S承受力大小相等，所以驗(yàn)算其一的壽命即可。
因?yàn)?，所以車輪軸上初選軸承型圓錐滾子軸承符合要求。
4.9 車輪的校核
選擇車輪的材料為鑄鋼，軌道的材料型鋼。按接觸疲勞強(qiáng)度公式校核車輪強(qiáng)度。
(4.11)
式中：
—作用在車輪上的力；
—接觸線長(zhǎng)度；
—由文獻(xiàn)[2]可知車輪及軌道材料泊松比分別為，；
—車輪的彈性模量；
—鋼軌的彈性模量；
—車輪的曲率半徑；
—鋼軌的曲率半徑；
___由鑄鋼的硬度為，由文獻(xiàn)[3]可查得；
將以上數(shù)據(jù)代入公式（4.11）中得：
因?yàn)?，所以設(shè)計(jì)的車輪滿足接觸疲勞強(qiáng)度條件。
4.10 車輪的打滑校核
車輪打滑現(xiàn)象的發(fā)生與否與車輪所受的切向力和粘著力二者之間大小有關(guān)系。由文獻(xiàn)[1.公式0-0]車輪上的切向力時(shí)，車輪不發(fā)生打滑現(xiàn)象。
（1） 車輪所受的粘著力
(4.12)
式中：
_____粘著系數(shù)。一般?。?
____主動(dòng)車輪的輪壓。對(duì)于集中驅(qū)動(dòng)的行走機(jī)構(gòu)為全部主動(dòng)車輪的輪壓之和；
將數(shù)據(jù)帶入公式（4.12）中可得：
（2）對(duì)于0點(diǎn)取矩可得啟動(dòng)時(shí)原動(dòng)機(jī)在主動(dòng)車輪上產(chǎn)生的圓周切向力
(4.13)
式中：
____原動(dòng)機(jī)作用在主動(dòng)輪上的驅(qū)動(dòng)力矩；
—車輪軸承處的摩擦系數(shù)；
—車輪軸半徑；
—車輪與軌道之間的滾動(dòng)摩擦系數(shù)；
—主動(dòng)輪的輪壓；
—車輪半徑；
（3）原動(dòng)機(jī)作用在主動(dòng)輪上的驅(qū)動(dòng)力矩為：
（4.14）
式中：
—原動(dòng)機(jī)實(shí)際產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力矩；
—原動(dòng)機(jī)至車輪間傳動(dòng)機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)零件的實(shí)際慣性力矩；
—小車傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比；
—小車傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)效率；
（4）為防止起動(dòng)時(shí)主動(dòng)輪打滑，應(yīng)滿足：
因?yàn)?，所以滿足不打滑要求。
4.11 鋼卷運(yùn)輸車升降機(jī)構(gòu)液壓缸的選擇
鋼卷質(zhì)量；
；
鋼卷的提升高度；
根據(jù)鋼卷運(yùn)輸車的需要選擇柱塞式液壓缸。
工作壓力；
由公式，可導(dǎo)出柱塞直徑：
由文獻(xiàn)[5.表43.6-28]選擇液壓缸的最大行程，所以所選冶金液壓缸，型號(hào)：
5 潤(rùn)滑方式的選擇
潤(rùn)滑的目的是在機(jī)械設(shè)備摩擦副相對(duì)的表面加入潤(rùn)滑劑以降低摩擦阻力和能源消耗，減少表面摩擦，延長(zhǎng)使用壽命，保證設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)。依據(jù)各部件的機(jī)構(gòu)和工作條件的不同，可以選擇油潤(rùn)滑和脂潤(rùn)滑兩種潤(rùn)滑方式。
5.1 軸承潤(rùn)滑方式的選擇
滾動(dòng)軸承采用的潤(rùn)滑主要是潤(rùn)滑脂和潤(rùn)滑油，由于軸承的轉(zhuǎn)速為4.8r/min轉(zhuǎn)速比較低，因而采用脂潤(rùn)滑。
軸承用軸承蓋密封，在填加潤(rùn)滑脂時(shí)采用壓入油桿進(jìn)行加脂。
脂潤(rùn)滑受溫度，速度和環(huán)境這三個(gè)因素的影響。鋼卷運(yùn)輸車的工作環(huán)境的溫度不高，并且它行走的速度不快。但工作的環(huán)境灰塵較大，因有軸承蓋密封影響不大。所以采用脂潤(rùn)滑滿足條件要求。
5.2 減速器潤(rùn)滑方式的選擇
根據(jù)第四章計(jì)算可知減速器輸出軸的最低轉(zhuǎn)速為4.8r/min>2r/min故可采用稀油潤(rùn)滑。
采用稀油潤(rùn)滑時(shí)用傳動(dòng)件轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)濺起的油來潤(rùn)滑軸承。潤(rùn)滑油被濺起甩到減速器箱體內(nèi)壁上，沿上箱蓋分箱面處的坡口處流入箱座分箱面上的輸油溝內(nèi)，在經(jīng)由軸承端蓋上的導(dǎo)油槽流進(jìn)軸承，循環(huán)利用。
6 鋼卷運(yùn)輸車經(jīng)濟(jì)與環(huán)保分析
6.1 環(huán)保分析
鋼卷運(yùn)輸車是軋鋼生產(chǎn)線上的重要的輔助設(shè)備，它工作的環(huán)境灰塵和噪聲都很大。大量的灰塵影響機(jī)械設(shè)備的潤(rùn)滑，造成磨損降低設(shè)備的使用壽命。在鋼卷運(yùn)輸車正常工作時(shí)開始承載鋼卷時(shí)要承受很大的沖擊，這更影響了它使用壽命。為解決對(duì)鋼卷運(yùn)輸車的不良影響制備出了以下方案：
（1）在鋼卷運(yùn)輸車的托盤上放置橡膠墊。它不僅可以增加摩擦，也可以減小對(duì)鋼卷運(yùn)輸車的沖擊。
（2）將鋼卷運(yùn)輸車的整個(gè)車體布置在坑道中以減小灰塵和噪聲。
（3）將鋼卷運(yùn)輸車的軌道的周邊制成圓弧形，用來減小車輪和軌道之間產(chǎn)生的噪聲。
6.2 經(jīng)濟(jì)性分析
該設(shè)計(jì)主要是針對(duì)冷軋廠的卸卷小車進(jìn)行的設(shè)計(jì)。因?yàn)殇摼磉\(yùn)輸車是冷軋廠的輔助設(shè)備，它的工作比較簡(jiǎn)單，所以在設(shè)計(jì)時(shí)我本著經(jīng)濟(jì)實(shí)用，安全可靠的原則選擇了一些相對(duì)來說物美價(jià)廉的主要零部件。例如我采用了電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)以代替液壓缸驅(qū)動(dòng)使成本大大降低，而且占地面積小，方便檢修和維護(hù)。在電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)方案中我選擇了集中驅(qū)動(dòng)形式。這種傳動(dòng)形式同步性非常好，不但使小車的結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單，而且減少了減速器的使用降低了成本。
6.2.1 投資回收期的計(jì)算
（6.1）
式中：
—總投資額，取總投資額萬元；
—年平均凈收益，萬元；
代入式中得：
（年）
—基準(zhǔn)回收期，年；
因?yàn)椋越?jīng)濟(jì)可行。
投資回收期用平均年凈收益來返本的總投資額。
投資回收期靜態(tài)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)方法，設(shè)備投產(chǎn)后以每年取得的凈收益，包括利潤(rùn)和設(shè)備折舊費(fèi)，將全部投資即固定資產(chǎn)投資和流動(dòng)資金回收所需時(shí)間，以年為單位，從建設(shè)年算起。
（6.2）
表6.1 設(shè)備工作狀態(tài)圖 （單位：萬元）
時(shí)期（年）
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
建設(shè)期
30
30
年凈收益
5
10
15
15
20
20
25
25
累計(jì)凈收益
-30
-55
-50
-40
-25
-10
10
30
55
80
由表6.1中查得數(shù)據(jù)代入式6.2得：
年
中小型企業(yè)冶金設(shè)備年，所以經(jīng)濟(jì)上合理。
6.2.2 設(shè)備合理的更新期的計(jì)算
設(shè)備是可修復(fù)設(shè)備，隨著一次次年修它的性能總是逐漸下降，老化費(fèi)用逐年增加，若不計(jì)殘值，可用低老化數(shù)值法計(jì)算設(shè)備合理更新期。因?yàn)槟昃美匣黾又抵鹉暝黾?，如維護(hù)和修理費(fèi)用燃料動(dòng)力費(fèi)超額支出，合理使用期為：
(6.3)
式中：
_____總投資額，取萬元；
_______年久老化增加值，取萬元；
代入式6.3得：
（年）
設(shè)備使用到11.3年時(shí)，費(fèi)用最小，再繼續(xù)使用則費(fèi)用迅速增加，應(yīng)該更新。
結(jié)論
經(jīng)過了兩個(gè)多月的緊張工作，我在畢業(yè)設(shè)計(jì)中積累了很多經(jīng)驗(yàn)。通過查閱相關(guān)資料，我掌握了更多的設(shè)計(jì)方法和思維方式。結(jié)合所學(xué)的專業(yè)知識(shí)和畢業(yè)實(shí)習(xí)現(xiàn)場(chǎng)的參觀，使我對(duì)所學(xué)的理論知識(shí)有了更深層次的理解和認(rèn)識(shí)。在徐老師的悉心指導(dǎo)和同學(xué)們的耐心幫助下，我順利完成了《鋼卷運(yùn)輸車設(shè)計(jì)》的畢業(yè)任務(wù)。設(shè)計(jì)出的鋼卷運(yùn)輸車具有便維修、裝拆方便、安全可靠和節(jié)能環(huán)保等特點(diǎn)。綜合本次設(shè)計(jì)的具體內(nèi)容，得出以下結(jié)論：
（1）介紹了國(guó)內(nèi)外研究狀況和相關(guān)領(lǐng)域中的研究成果，和鋼卷運(yùn)輸車的研究設(shè)計(jì)方法。
（2）該鋼卷運(yùn)輸車在設(shè)計(jì)時(shí)主要實(shí)現(xiàn)了車體行走和托舉鋼卷升降兩個(gè)功能。根據(jù)鋼卷運(yùn)輸車的實(shí)際要求完成了行走機(jī)構(gòu)和升降機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)任務(wù)。
（3）為了鋼卷運(yùn)輸車能夠正常行走，滿足小車