机械毕业设计(论文)-320T鱼雷罐车传动机构设计【全套图纸】 .doc
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1、第 I 页 320T 鱼雷罐车传动机构设计 摘摘 要要 鱼雷罐车是供钢铁企业运输高炉铁水至炼钢倒罐站进行倾翻铁水作业的专用运输 车辆,它取代了传统的铁水车,可在铁水运输过程中完成脱磷、脱硫等工序,从而缩 短冶炼时间,降低冶炼成本,是一种高效、先进的冶炼工艺设备。 为使鱼雷罐车正常运行,对它的传动系统要求很高,主传动系统采用了三环减速 器。文中对三环减速器工作原理进行了描述,推导出传动比的计算公式。采用 ANSYS 软件对鱼雷罐车倾动力矩进行计算,得到合成力矩。在考虑重合度及齿廓重叠干涉等 限制条件的基础上,采用微分逼近法,利用 MathCAD 软件求解了内外齿轮的变位系数。 对齿轮的弯曲强度进
2、行校核,结果表明内、外齿轮均满足齿根弯曲强度。提出三环减 速器动力分析基本方程,对内齿环板、输出轴和输入轴进行受力分析。对三环减速器 各零部件进行了结构设计,都满足强度要求,应用 SolidWorks 软件画出三环减速器主 要零部件。考虑到三环减速器输出轴转速很低,对耳轴轴承和输出轴箱体轴承的静载 荷进行了计算,满足静载条件。对输入轴箱体轴承进行了轴承寿命的计算,得出寿命 很长,基本不用更换。通过对三环传动的效率计算,得出三环传动效率高。 关键词:鱼雷罐车,三环减速器,结构设计,内齿环板 全套图纸,加全套图纸,加 153893706153893706 第 II 页 The design of
3、transmission machinery of the 320T torpedo tanker AbstractAbstract The torpedo tanker is the dedicated hot metal transport vehicles which is used for transporting iron to the steel cans tipping station of iron and steel enterprise, and it has replaced the traditional hot metal car. It can complete t
4、he process of dephosphorization and desulfurization on way of transportion, thereby reducing smelting time and the cost of smelting. So it is a highly efficient and advanced equipment of the smelting process. In order to operate the torpedo tanker normally, it is needed to use a three-ring reducer t
5、o make the main drive system highly. In this paper, the working principle of three-ring reducer is described and the calculating formula of the transmission ratio is derived. I use the ANSYS software to calculate the tipping torque of the torpedo tanker, and get the synthesis torque. When taking int
6、o account of restrictions such as coincidence degree and tooth profile overlap interference in designing the little difference gear teeth, the paper uses the differential approximation method to get the coefficient of the internal and external gears by MathCAD software. The bending strength of gear
7、is checked, and the result show that both of the inner and outer gear are to meet the bending strength of the tooth root. I make the basic equation of dynamic analysis of three-ring reducer and the force analysis of the gear ring plate, output shaft and input shaft. I make structural design of parts
8、 of the three-ring reducer, all of them meet the strength requirements. I draw the main parts of three-ring reducer by SolidWorks 第 III 页 software. Considering the rotational speed of output shaft is very low,I calculate the static load of trunnion bearings and bearing of output shaft of the box, an
9、d they satisfy the conditions of static load. The life of input shaft bearing of the box is calculated, and I get a very long life and there is no need to replace it. Through the calculation of transmission efficiency, I know that transmission efficiency is very high. Keywords: torpedo tankers, thre
10、e-ring reducer, structural design, internal tooth zone plate 目录 摘 要.I ABSTRACT.II 第 1 章 绪论.1 1.1 选题背景及目的 1 1.2 铁水车的种类 1 1.2.1 对铁水车的基本要求1 1.2.2 铁水车的种类及特点1 1.3 鱼雷罐车的应用情况及发展状况 3 1.4 本课题研究的意义 4 1.5 本文的研究方法及内容 5 第 2 章 鱼雷罐车传动机构整体方案确定.6 2.1 对传动机构的要求 6 2.2 传动机构的配置形式 6 2.3 传动系统方案比较 7 第 3 章 三环减速器简介及运动学分析.10 3
11、.1 三环减速器的结构组成及工作原理 10 3.2 三环减速器的特点 11 3.3 三环减速器存在的主要问题 12 3.4 三环传动克服死点的方法 13 3.5 三环减速器的传动比推导 13 第 4 章 鱼雷罐车的倾动力矩计算.15 4.1 ANSYS 软件简介.15 4.2 鱼雷罐车倾动力矩计算 15 4.2.1 空罐力矩计算16 4.2.2 罐液力矩计算17 4.2.3 摩擦力矩的计算19 4.2.4 合成倾动力矩的计算20 第 IV 页 4.3 计算载荷的计算 22 第 5 章 总传动装置的设计.23 5.1 电机的选择 23 5.1.1 传递效率的计算23 5.1.2 电机功率的计算2
12、3 5.1.3 电机型号的选取24 5.2 分配传动比 25 5.2.1 传动装置的传动比分配25 5.2.2 一次减速装置内传动比的分配25 5.3 各轴运动及动力参数 25 第 6 章 三环减速器齿轮的结构设计.27 6.1 齿轮材料的选择、类型、精度等级 27 6.2 内外齿轮的齿数计算 27 6.3 模数的选择 27 6.4 三环减速器齿轮副啮合参数的计算 28 6.4.1 三环减速器内啮合齿轮副的干涉28 6.4.2 MathCAD 软件介绍.30 6.4.3 应用 MathCAD 进行啮合参数计算的具体演算过程.31 6.5 三环减速器行星齿轮传动的强度验算 34 6.5.1 齿根
13、弯曲强度的条件35 6.5.2 计算齿根应力35 6.5.3 许用齿根应力35 第 7 章 三环减速器动力分析基本方程.38 7.1 内齿环板动力分析基本方程 38 7.2 输出轴的力矩平衡方程 41 7.3 输入轴的力矩平衡方程 42 第 8 章 三环减速器的结构设计.43 8.1 输出轴的结构设计及校核 43 8.1.1 初步确定输出轴的最小直径43 8.1.2 输出轴的结构布置方案43 8.1.3 输出轴的强度校核44 8.2 输入轴的结构设计及校核 50 8.2.1 初步确定输入轴的最小直径50 8.2.2 输入轴的结构布置方案50 8.2.3 输入轴的强度校核51 8.3 偏心套的结
14、构设计及校核 55 8.3.1 偏心套的材料及热处理方式55 8.3.2 偏心套的偏心距计算55 8.3.3 偏心套的结构布置方式55 8.3.4 偏心套的破坏形式及强度校核56 第 V 页 8.4 内齿环板的结构设计 57 8.4.1 内齿环板的结构设计57 8.4.2 内齿环板的强度校核57 8.5 箱体、箱盖结构设计 58 第 9 章 轴承载荷的计算.60 9.1 耳轴轴承载荷的计算 60 9.1.1 耳轴轴承工作特点60 9.1.2 耳轴轴承静载荷计算60 9.2 输出轴箱体轴承静载荷的计算 61 9.3 输入轴箱体轴承寿命的计算 62 第 10 章 三环减速器内部传动效率.64 10
15、.1 三环减速器内部传动效率的组成 64 10.2 计算方法 64 10.3 计算过程 65 第 11 章 传动系统的润滑.67 11.1 润滑方法及种类 67 11.2 三环减速器的润滑 67 11.3 轴承座装置的润滑 68 结 论.69 致 谢.70 参考文献.71 第 1 页 第 1 章 绪论 1.1 选题背景及目的 目前在国内 20002500 高炉出铁场上设有多达 56 个铁水罐位,出铁场和铁水 3 m 沟很长。随着高炉容积的增加,铁水车的容量必须相应地扩大。但对现有的锥形和梨 形铁水罐,增加容量是很困难的。因为罐的高度受到高炉出铁场建筑物高度的限制, 罐的直径受到轨道间距的限制。
16、因此增大铁水罐容积的方向只有沿着轨道纵向加长, 这就出现了鱼雷罐车,也称混铁炉式铁水车。 1.2 铁水车的种类 1.2.1 对铁水车的基本要求 铁水车是专门运送铁水罐的车辆。铁水罐可在车架上倾翻而卸载,也可用起重机 吊起卸载。对铁水车的基本要求: (1)单位长度上的有效容量(t/m)愈大愈好,这样可以降低铁口标高和缩短出铁 场的长度; (2)无论空罐或重罐均要求具有足够的稳定性,不得自动倾翻,而倾翻时所需能 量应尽量小; (3)具有良好的保温性能,铁水罐中形成的废铁和铁瘤要少; (4)具有足够的强度,安全可靠,结构紧凑合理。为了减轻重量,每吨载重量的 金属制品的数量(t/t)越低越好。 1.2
17、.2 铁水车的种类及特点 按铁水罐的几何形状,铁水车可分为如下三种形式。 1.锥形罐式铁水车 锥形罐式铁水车存在如下缺点: (1)铁水表面积大,热量损失多。铁水罐在每次使用中由于铁瘤的逐渐增加而使 第 2 页 容积逐渐减少,一般运送 50006000 t 铁水后就需送去修理。 (2)不经济。这种铁水罐的容积较小。采用小容积铁水罐也增加了运输工作量及 费用。 (3)铁水飞溅损失大。铁水落到小铁水罐中的飞溅损失较大,还增多了每次铁瘤 的形成。 我国采用的铁水车结构型式如图 1.1 所示。铁水罐上部为圆柱形,罐底为半球形。 铁水罐由两个铸钢吊架与钢板焊成,罐内壁砌有耐火砖。车架为焊接双弯梁“”形 断
18、面结构,两端有支座支承罐体,通过心盘将负荷传给转向架。这种型式的铁水罐清 理废铁和铁瘤以及观察罐内损失情况比较方便,故这种型式的铁水车在我国得到广泛 使用,并确定为我国的系列化产品。 图 1.1 锥形罐式铁水车 2.梨形罐式铁水车 保温性能最好的铁水罐的几何形状应该是球形的,但制造比较困难,因此做成和 球形相似的梨形铁水罐。结构型式如图 1.2 所示。梨形罐式铁水车主要由铁水罐、车架 和两台运行小车组成。 (1)铁水罐 梨形罐是由罐帽、圆柱形的中间部分和半球形的罐底三部分组成。 (2)车架 车架由两个用向下弯曲的梁连接起来的平台组成。梁向下弯曲的目的 是为了不妨碍铁水罐的倾翻。车架上装有自动挂
19、钩。 (3)运行小车 车架支承在两台四轮双轴的小车上,采用这种运行小车来代替标 准铁路小车可以缩短铁水车的长度。用铰链轴把车架和运行小车连在一起,这样可以 灵活的在弯曲轨道上运行,运行小车的轴装在滚动轴承上。 与锥形铁水罐相比,梨形铁水罐具有下列优点:保温性能好;罐内残铁和铁瘤较 少;内衬使用寿命长。 第 3 页 梨形铁水罐的缺点是它的容量比较小,增大容量受到机车车辆界限的限制。由于 罐口较小,清理废铁和铁瘤以及观察罐内损失情况都较困难。 1铁水罐;2枢轴;3耳轴;4支承凸爪;5底盘;6小轴 图 1.2 梨形罐式铁水车 3.鱼雷罐车 铁水罐的外壳是焊接的。旋转轴线高出几何轴线 110 mm,这
20、样空铁水罐或装满铁 水时铁水罐的重心均在旋转轴线以下。结构型式如图 1.3 所示。 铁水罐由一个圆柱体和两个圆锥体组成,枢轴固定在圆锥体的端部。铁水罐靠本 身两端的枢轴支承在两台单独的车架的轴承上。罐的倾翻机构和电动机装在其中的一 台车架上。每台车架支承在两台双轴小车上。 图 1.3 鱼雷罐车 大容量的鱼雷罐车具有下列优点:热量损失小,形成的残铁和铁瘤较少、罐中铁 水成分在一定程度上能起混匀的作用,砖衬的寿命较长等。 高炉每次出铁只需 23 个罐位,这就解决了大量铁水的运输问题,可缩短出铁场 的长度,减少铁沟的维修量和炉前废铁量1。 1.3 鱼雷罐车的应用情况及发展状况 鱼雷罐车在国外应用已有
21、六十年历史,目前在国外大型高炉上采用容量为 200600 第 4 页 t 的鱼雷罐车。 鱼雷罐车是为高炉配套的一种专用车辆,运行于高炉和转炉之间或高炉与铸铁机 之间,因此铁水车的主要参数、容量的确定应与高炉容积和转炉容量的系列规格相适 应。 我国设计与制造的鱼雷罐车其容量规格如表 1.1 所示。 表表 1.11.1 鱼雷罐车容量规格鱼雷罐车容量规格 铁水车容量 (t)80180260320420 高炉容积 )( 3 m 300620620120018002500250040004000 以上 转炉容量 (t)315153560130250320300 以上 根据我国国情,从节约能源、提高效率、
22、保护环境、扩大规模等出发,我国各大 型钢铁企业都在不断淘汰落后产能,增加高炉容积,比如宝钢、沙钢等企业都已有 5000 的高炉。传统的小容量铁水车已无法满足要求,大型高炉需要更大容量的鱼雷 3 m 罐车来与之配套。 现在,鱼雷罐车在各大型钢铁企业已经普及,发展趋势是研发容量更大、性能更 好的鱼雷罐车。可以说,大容量的鱼雷罐车具有广阔的发展前景。 1.4 本课题研究的意义 本课题以鞍山钢铁集团炼铁厂为课题研究背景。 随着鱼雷罐车设计的容量越来越大,对传动系统的要求也越来越高,采用三环减 速器作为鱼雷罐车的传动系统是今后的发展趋势。 三环式减速器是我国独创的一种新型齿轮传动装置,三环减速器是为适应
23、现代机 械工程发展需要、在综合分析已有的平行轴少齿差减速器技术发展趋势的基础上开发 的一种新型传动装置。其输入功率通过“功率分流”的方式,用三相并列平行双曲柄 机构作为输入机构,由三片相同的传动环板共同输出。传动时形成多齿接触,具有优 良的承载能力和过载能力,同时也克服了国际上硬齿面制造困难和成本高的弱点。由 于具有装配灵活和结构本身的独特特征,因此在有些领域具有其它传动无法代替的优 势,比如在机械、冶金、石油、起重运输、矿山、环保、建筑,交通等工业领域大力 推广应用。这种传动近年来得到了很快的发展,被列为国家重点推广项目,具有广阔 第 5 页 的应用前景2。 虽然三环减速器有可能成为新一代通
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